【硕士论文】小波分析理论在水声信号处理中的应用研究.pdf

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1、西北工业大学硕士学位论文小波分析理论在水声信号处理中的应用研究姓名：韩鹏申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：张效民2000.2.1摘要本文分析了船舶辐射噪声的特性，介绍和研究了单边谱解包络分析、CZT谱分析、倒谱分析等提取船舶辐射噪声特征量的方法。提出了应用小波分析、小波包分解来分析船舶辐射噪声中的轴频、叶片频特征的方法，根据船舶辐射噪声信号的实际情况修改了倒谱的定义，并利用小波的多分辨率分析方法、塔式分解与重构方法和小波包分解技术，完成了对船舶辐射噪声轴频、叶片频特征的分析和提取软件。在实验室用三类船

2、舶的12航次海上实录噪声，对方法进行了实验验证。实验结果表明：利用小波技术对船舶辐射噪声中的轴频和叶片频特征提取有明显应用价值。关键词小波分析小波包分解包络倒谱芦基波频率ABSTRACTThisthesisanalyzesthefeaturesofshipradiated—noise，introducesthemethodsoffeaturesextractionofshipradiated—noise，suchasone—sidespectrumanalysis，CZTalgorithmandcepstruma

3、lgorithmetc．Basedonwaveletmultiresolutionanalysis，waveletdecompositionandreconstructionpyramidalalgorithmandWaveletPacketAnalysisalgorithm，thewayforextractingfrequencyofscrewpropellerorbladesofshipradiated-noiseispresented，inthemeantimesomeprogramsarecomplete

4、dforfeaturesextractionofshipradiated—noise．Themethodistestedbythereal—recordingnoiseof12voyagesofthreemodelshipsinthisthesis．Experimenttestmakesitclearthatthesemethodshaveanicerforegroundinapplication．keyword：WaveletanalysisWaveletpacketanalysisEnvelopeCepstr

5、umThefrequencyoffirstharmonic第一章概述第一章概述§1．1本课题研究的背景及意义对信号进行研究分析，人们最先是从它们的波形来分析的。这时，时间变化是最基本的，不同的时间，不同的信号有不同的振幅，构成了波形的变化。1807年傅里叶(Fourier)发明了频率表示方法，认为不连续的函数能够表示为连续函数之和。其60年后，本生(Bunsen)和基尔霍夫(Kirchhoff)在发明分光仪中发现：可以通过分析光谱确定物质的性质，不同的原子、分子的特征也可以通过它们发射的光的频谱来鉴别。这种思想延

6、伸到信号的波形分析，引入表征信号波形的新特征量一频谱，将信号分析引入到频谱分析世界。这种频谱的分析方法称为傅里叶分析方法。从船舶辐射噪声信号的频谱结构来看，低频端包含了大量的船舶辐射噪声的特征，所以被动声检测经常利用5～，OkHz以下的频段，将其视为“宽带”信号范围。而船舶辐射噪声的某些特征量，如因船舶螺旋桨转动频率对其辐射噪声的调制而产生的包络信号，其在频域是不均匀的，多集中分布于宽带内某一个或数个频段，而在船舶噪声信号的处理分析中，我们也就是对这些频段内的信号比较感兴趣，从而对之加以利用。反观傅里叶分析方法，

7、虽然它是迄今发现的进行信号分析最有力的科学方法之～，但有其局限性(见1．2．2节)。另外传统的傅里叶分析采用FFT运算，每个频段具有相同的分辨率，而每个频谱的分辨率与信号的长度成反比。如果想得到高的分辨率，必须相应增加数据的长度，从而制约了在宽带范围内对信号进行处理，所以宽带方法就不能被有效地使用。由于没有使用宽带处理的有效方法，许多研究人员要么舍弃了宽带第一章概述技术要么为被考虑的应用加上了约束假设，这些假设妨碍了“真正”的宽带处理。小波(亦称为子波，本文统一称其为小波)变换与宽带处理之间的联系给研究人员提供了

8、一个研究宽带技术的新前景。利用“小波分析”可以保留了傅里叶分析的优点，又弥补了它的不足。它从有限个具有正则性、局部性与振动性的小波函数出发，通过平移与展缩，为空间L2提供了一类新的正交基一一小波正交基(小波正交基是普遍适用的)。小波分析的主要应用是用于非平稳(或时变)信号的分析。小波分析的“变焦距”性质可提供出不连续性的良好表示，人们可以用不同的“标度”或“分辨率”来观察