Page 103 - 《应该声学》2022年第2期

第 41 卷 第 2 期 王易川等： 矢量线阵目标调制谱提取及模板生成方法 271

估计方面更有优势，VLA的波束域信号相比于单矢
0 引言 量水听器信号，信噪比更高，干扰较小，对于目标检

测识别有更好的作用。
船舶辐射噪声调制谱 (DEMON 谱) 由连续谱
VLA 一定程度上可以解决目标方位估计的左
和线谱两部分组成。普遍认为，DEMON 谱线谱的
右舷模糊问题，但是在左右舷对称角度均存在目标
物理意义基本比较明确，而连续谱尚未有比较明确
的时候，波束域信号中会同时包含两个目标的特征，
的物理解释。船舶辐射噪声DEMON谱线谱由轴频
造成跟踪波束信号特征的左右舷模糊问题。为了
线谱、轴频谐波线谱、叶频线谱、叶频谐波线谱按一
有效地将 VLA 跟踪目标 DEMON 谱提取出来，更
定规律分布组成，其中稳定的线谱主要由基频及其
好地用于后续螺旋桨转速提取和桨叶数识别，本文
谐波组成 [1−2] 。虽然现代军用船舶降噪技术发展使
研究了 VLA 波束域信号的 DEMON 谱提取方法和
得这种节奏有所减弱，但对于海上航行的大多数船
DEMON谱模板的生成方法。
舶来说，船舶辐射噪声在听觉感觉上仍然具备节奏
特性。基于DEMON谱特征的桨叶数识别也是船舶
1 DEMON谱提取流程
辐射噪声特征提取的重要组成部分 [3] ，对于舰船噪
声识别研究具有重要意义。稳定的目标DEMON谱 文 献 [8] 基 于 VLA 最 小 方 差 无 畸 变 响 应
有利于后续桨叶数的识别，如何获取目标 DEMON (Vector array minimum variance distortionless re-
谱模板国内目前研究较少。矢量水听器可同步、共 sponse, VTAMVDR) 算法实现了对跟踪目标的听
点拾取声场的声压和质点振速信息 [4] ，提供较传统 测，在提取得到的声压和振速信号的基础上，研究
声压水听器更多的信息量。在单矢量水听器低频 了 VLA 跟踪目标低频线谱的提取问题。本文是该
线谱和 DEMON谱提取研究方面，国内学者做了很 研究工作的进一步延续，研究了 VLA 跟踪目标的
多研究工作 [5−7] 。由矢量水听器组成的矢量线阵 DEMON 谱特征提取，DEMON 谱特征提取流程如
(Vector senor line array, VLA) 在信号检测和方向 图1所示。

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图 1 VLA 跟踪目标 DEMON 谱提取框图
Fig. 1 DEMON spectrum extraction block diagram of VLA tracking target
DEMON谱特征提取流程为 确定特征线谱。DEMON谱分析中有用的线谱是螺

(1) 对声压、振速通过中心化预处理并且经过 旋桨轴频及谐波对应的谱峰，因此提取 DEMON 线
带通滤波分别得到信号p(t)、v x (t) 和v y (t)。 谱的过程其实是提取一组成倍数的谐波线谱，这是
(2) 利用声压、声能流分别求得多时刻谱值累 与传统线谱提取方法最大的区别。
积 DEMON 谱，按照线谱信噪比加权的方式求得 (4) 对目标进行长时间跟踪分析得到 DEMON
DEMON 谱和，同样对低通滤波后信号应用自适应 谱历程图D(t, f)。
线谱增强算法来提高信号的信噪比。
2 DEMON谱线谱测向原理
(3) 得到目标谱图后，进行线谱拉平和谱峰筛
选等操作来提取特征线谱，方法类似于低频线谱提
考虑单频载波的调制信号可以写为
取过程，可参考文献 [8]。对于提取的每根线谱进行
互谱方位估计，来剔除干扰线谱，并且利用谐波关系 x(t) = A(1 + m sin 2πf 0 t) · cos ωt, (1)