CN114877989A - 一种电力推进器的噪声识别系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开揭示了一种电力推进器的噪声识别系统及方法，噪声识别系统包括模态测试模块、噪声测试模块以及测试主机，模态测试模块中的模态三轴加速度计的数量为多个，每个模态三轴加速度计用于对动态力锤敲击位置时产生的机械振动进行感应并生成感应信号；噪声测试模块中的水听器的数量为多枚，设置在测量水环境中，并用于对待测电力推进器开机后在测量水环境中运动时产生的自噪声信号进行采集；测试主机用于将每枚水听器采集到的自噪声信号转换到频域得到水听器频域信号，并基于多频点特征值搜索的时域分析，根据机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率构建特征值矩阵进行计算，以确定机械噪声的实际频率以及螺旋桨噪声的实际频率。

Description

一种电力推进器的噪声识别系统及方法

技术领域

本公开属于水下航行器技术领域，具体涉及一种电力推进器的噪声识别系统及方法。

背景技术

自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)是一种可以根据预设任务，在水下自主航行的无人潜水器，具有活动范围广、体积小、自主航行、自主导航和自主探测的能力，被广泛应用于侦察、反潜等任务。因此，自主水下航行器的静音降噪设计指标是衡量AUV性能的重要指标。其中，AUV自噪声大部分来源于电力推进器工作时产生的自噪声，因此，开展电力推进器噪声技术的研究，对解决AUV噪声隐蔽设计的关键技术具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种电力推进器的噪声识别系统及方法，该方法能够有效地识别出电力推进器工作时产生自噪声。

为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

第一方面，本公开实施例一种电力推进器的噪声识别系统，其包括模态测试模块、噪声测试模块以及测试主机，其中：

所述模态测试模块包括：

悬挂支架，所述悬挂支架用于柔性悬挂待测电力推进器；

动态力锤，所述动态力锤用于敲击在所述待测电力推进器的外壳上设置的敲击位置，以使得所述待测电力推进器的外壳发生机械振动噪声；

模态三轴加速度计，所述模态三轴加速度计的数量为多个，设置在所述待测电力推进器的响应位置上，每个模态三轴加速度计用于对所述动态力锤敲击所述敲击位置时产生的机械振动进行感应并生成感应信号；

所述噪声测试模块，包括：

消声水池，用于容纳水以形成自由声场的测量水环境；

拖车，所述拖车上悬挂有升降支架，所述升降支架上悬挂有待测电力推进器以将所述待测电力推进器置于所述测量水环境中，且使所述待测电力推进器可在所述拖车的带动下在所述测量水环境中运动以模拟所述待测电力推进器在水下活动；

水听器，所述水听器的数量为多枚，设置在所述测量水环境中，并位于所述待测电力推进器的前方、后方、径向方向上，每枚水听器用于对所述待测电力推进器开机后在所述测量水环境中运动时产生的自噪声信号进行采集；

测试主机，用于执行如下操作：

根据多个模态三轴加速度计生成的感应信号转换到频域以确定所述机械振动噪声的先验频率，所述机械振动噪声的先验频率包括一阶先验频率和二阶先验频率中的至少一种；

根据所述待测电力推进器的螺旋桨的叶片数以及运行转速，计算螺旋桨噪声的先验频率；

将每枚水听器采集到的自噪声信号转换到频域得到水听器频域信号，并基于多频点特征值搜索的时域分析，根据机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率构建特征值矩阵进行计算，以将所述水听器频域信号中与所述机械振动噪声的先验频率匹配的频率作为所述机械噪声的实际频率，以及将所述水听器频域信号中与螺旋桨噪声的先验频率匹配的频率作为所述螺旋桨噪声的实际频率。

可选地，在一实施例中，所述模态测试模块包括：弹性结构件，所述弹性结构件的一端固定在所述悬挂支架上，另外一端固定在所述待测电力推进器上，以将所述待测电力推进器柔性悬挂在所述悬挂支架上。

可选地，在一实施例中，所述动态力锤为PCB动态力锤，以通过敲击在所述敲击位置激振出具有所述外壳发生所述机械振动时的固有频率以使得计算出的所述机械振动的先验频率接近于所述机械振动的固有频率。

可选地，在一实施例中，所述敲击位置设置在所述远离所述电力推进器的主轴的方向上，以使得所述动态力锤敲击所述敲击位置时所述待测电力推进器的外壳发生有效的机械振动。

可选地，在一实施例中，互换所述敲击位置和所述响应位置，使得原响应位置作为新敲击位置，原敲击位置作为新响应位置，以使得所述动态力锤在所述新敲击位置敲击，所述模态三轴加速度计在所述新感应位置感应。

可选地，在一实施例中，设置在同一方向的多个水听器按照距离所述待测电力推进器的的由近及远等间距排布。

可选地，在一实施例中，设置在同一方向的相邻两个水听器之间的间距为2-5倍的所述待测电力推进器的装置直径。

可选地，在一实施例中，所述测试主机还用于并行对多个模态三轴加速度计生成的感应信号采样、以及并行对多枚水听器采集到的自噪声信号进行采样。

可选地，在一实施例中，所述测试主机还用于根据所述采样的频率和采样点数量，针对所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率分别生成先验频率分辨率，以在所述水听器频域信号与所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率分别进行匹配时，同时参考所述先验频率分辨率。

第二方面，本公开提供一种电力推进器的噪声识别方法，其包括：

将待测电力推进器柔性悬挂在悬挂支架上；

使用动态力锤敲击在所述待测电力推进器的外壳上设置的敲击位置，以使得所述待测电力推进器的外壳发生机械振动噪声；

设置在所述待测电力推进器的响应位置上的多个模态三轴加速度计中，每个模态三轴加速度计对所述动态力锤敲击所述敲击位置时产生的机械振动进行感应并生成感应信号；

在消声水池容纳水以形成自由声场的测量水环境；

所述待测电力推进器悬挂在拖车上悬挂的升降支架上并置于所述测量水环境中，且使所述待测电力推进器在所述拖车的带动下在所述测量水环境中运动以模拟所述待测电力推进器在水下活动；

设置在所述测量水环境中且位于所述待测电力推进器的前方、后方、径向方向上的多枚水听器中，每枚水听器对所述待测电力推进器开机后在所述测量水环境中运动时产生的自噪声信号进行采集；

测试主机执行如下步骤：

根据多个模态三轴加速度计生成的感应信号转换到频域以确定所述机械振动噪声的先验频率，所述机械振动噪声的先验频率包括一阶先验频率和二阶先验频率中的至少一种；

根据所述待测电力推进器的螺旋桨的叶片数以及运行转速，计算螺旋桨噪声的先验频率；

将每枚水听器采集到的自噪声信号转换到频域得到水听器频域信号，并基于多频点特征值搜索的时域分析，根据机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率构建特征值矩阵进行计算，以将所述水听器频域信号中与所述机械振动噪声的先验频率匹配的频率作为所述机械噪声的实际频率，以及将所述水听器频域信号中与螺旋桨噪声的先验频率匹配的频率作为所述螺旋桨噪声的实际频率。

与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：

由于电力推进器的噪声识别系统整体上包括模态测试模块、噪声测试模块以及测试主机，其中：所述模态测试模块包括：悬挂支架，所述悬挂支架用于柔性悬挂待测电力推进器；动态力锤，所述动态力锤用于敲击在所述待测电力推进器的外壳上设置的敲击位置，以使得所述待测电力推进器的外壳发生机械振动噪声；模态三轴加速度计，所述模态三轴加速度计的数量为多个，设置在所述待测电力推进器的响应位置上，每个模态三轴加速度计用于对所述动态力锤敲击所述敲击位置时产生的机械振动进行感应并生成感应信号；所述噪声测试模块，包括：消声水池，用于容纳水以形成自由声场的测量水环境；拖车，所述拖车上悬挂有升降支架，所述升降支架上悬挂有待测电力推进器以将所述待测电力推进器置于所述测量水环境中，且使所述待测电力推进器可在所述拖车的带动下在所述测量水环境中运动以模拟所述待测电力推进器在水下活动；水听器，所述水听器的数量为多枚，设置在所述测量水环境中，并位于所述待测电力推进器的前方、后方、径向方向上，每枚水听器用于对所述待测电力推进器开机后在所述测量水环境中运动时产生的自噪声信号进行采集；测试主机，用于执行如下操作：根据多个模态三轴加速度计生成的感应信号转换到频域以确定所述机械振动噪声的先验频率，所述机械振动噪声的先验频率包括一阶先验频率和二阶先验频率中的至少一种；根据所述待测电力推进器的螺旋桨的叶片数以及运行转速，计算螺旋桨噪声的先验频率；将每枚水听器采集到的自噪声信号转换到频域得到水听器频域信号，并基于多频点特征值搜索的时域分析，根据机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率构建特征值矩阵进行计算，以将所述水听器频域信号中与所述机械振动噪声的先验频率匹配的频率作为所述机械噪声的实际频率，以及将所述水听器频域信号中与螺旋桨噪声的先验频率匹配的频率作为所述螺旋桨噪声的实际频率，从而提高了机械噪声和螺旋桨噪声的准确度，可有效地开展AUV噪声的隐蔽设计。

附图说明

图1为本公开实施例一电力推进器的噪声识别系统的结构示意图；

图2为本公开实施例二中模态测试模块的结构示意图；

图3A为本公开实施例三中噪声测试模块的结构示意图；

图3B为水听器的设置示意图；

图4为本公开实施例四一种电力推进器的噪声识别方法的流程示意图；

图5为水听器频域信号的频谱示意图。

具体实施方式

下面将参照附图详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本公开的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本公开的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。

图1为本公开实施例一电力推进器的噪声识别系统的结构示意图；如图1所示，电力推进器的噪声识别系统包括模态测试模块、噪声测试模块以及测试主机，其中：模态测试模块、噪声测试模块均与所述测试主机通讯连接，所述模态测试模块用于在动态力锤对所述待测电力推进器的敲击下，使得所述待测电力推进器的外壳发生机械振动噪声，并对所述动态力锤敲击所述敲击位置时产生的机械振动进行感应并生成感应信号；所述噪声测试模块对设置在测量水环境中的所述待测电力推进器开机后在所述测量水环境中运动时产生的自噪声信号进行采集；所述测试主机用于根据所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率以及所述自噪声，确定机械噪声的实际频率以及螺旋桨噪声的实际频率，从而可实现所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率与所述自噪声进行匹配，确定出机械噪声的实际频率以及螺旋桨噪声的实际频率。

所述待测电力推进器比如为全向三叶片电力推进器。

图2为本公开实施例二中模态测试模块的结构示意图；如图2所示，模态测试模块包括：

悬挂支架，所述悬挂支架用于柔性悬挂待测电力推进器，并可使得所述待测电力推进器相对自由的动作状态即可。所述悬挂支架的结构不做特别限定，只要可以柔性悬挂待测电力推进器即可。

动态力锤，所述动态力锤用于敲击在所述待测电力推进器的外壳上设置的敲击位置，以使得所述待测电力推进器的外壳发生机械振动噪声。

模态三轴加速度计，所述模态三轴加速度计的数量为多个，设置在所述待测电力推进器的响应位置上，每个模态三轴加速度计用于对所述动态力锤敲击所述敲击位置时产生的机械振动进行感应并生成感应信号。

可选地，在一实施例中，所述模态测试模块包括：弹性结构件，所述弹性结构件的一端固定在所述悬挂支架上，另外一端固定在所述待测电力推进器上，以将所述待测电力推进器柔性悬挂在所述悬挂支架上。所述弹性结构件比如为弹簧，或者能起到所述柔性悬挂作用的任意结构件。

可选地，在一实施例中，所述动态力锤为PCB动态力锤，以通过敲击在所述敲击位置激振出具有所述外壳发生所述机械振动时的固有频率以使得计算出的所述机械振动的先验频率接近于所述机械振动的固有频率。所述动态力锤的锤头可以根据外壳的软硬选择不同的硬度，比如如果外壳较软，则选择比较硬的锤头，否则，选择较软的锤头。

可选地，在一实施例中，所述敲击位置设置在所述远离所述电力推进器的主轴的方向上，以使得所述动态力锤敲击所述敲击位置时所述待测电力推进器的外壳发生有效的机械振动，从而避免敲击所述主轴无法引起外壳的机械振动。

可选地，在一实施例中，互换所述敲击位置和所述响应位置，使得原响应位置作为新敲击位置，原敲击位置作为新响应位置，以使得所述动态力锤在所述新敲击位置敲击，所述模态三轴加速度计在所述新感应位置感应。

互换所述敲击位置和所述响应位置的次数不做限定，根据应用场景的需求，只要可以起到在动态力锤的敲击下使得所述待测电力推进器的外壳发生有效的机械振动，且使得后续确定出的机械振动的先验频率尽可能等于或者近似于所述外壳的固有频率即可。

上述模态测试模块对所述待测电力推进器进行测试时，所述待测电力推进器可以开机启动使得螺旋桨旋转，也可以可以关机使得螺旋桨静止。优选地，为了避免螺旋桨旋转导致外壳的振动，从而增加所述机械振动的先验频率误差，所述待测电力推进器优选关机。

图2实施例中，模态测试模块的具体结构仅仅示例，并非唯一性限定，对于本领域普通技术人员来说，在本公开的启发下，可以使用其他能达到相同目的的结构来代替。

图3A为本公开实施例三中噪声测试模块的结构示意图；如图3A所示，噪声测试模块包括：

消声水池，用于容纳水以形成自由声场的测量水环境；

拖车，所述拖车上悬挂有升降支架，所述升降支架上悬挂有待测电力推进器以将所述待测电力推进器置于所述测量水环境中，且使所述待测电力推进器可在所述拖车的带动下在所述测量水环境中运动以模拟所述待测电力推进器在水下活动；比如将所述待测电力推进器通过拖车和升降支架置于水下1～3.5米左右。

水听器，所述水听器的数量为多枚，设置在所述测量水环境中，并位于所述待测电力推进器的前方、后方、径向方向上，每枚水听器用于对所述待测电力推进器开机后在所述测量水环境中运动时产生的自噪声信号进行采集。

可选地，在一实施例中，设置在同一方向的多个水听器按照距离所述待测电力推进器的的由近及远等间距排布。

可选地，在一实施例中，设置在同一方向的相邻两个水听器之间的间距为2-5倍的所述待测电力推进器的装置直径。

图3B为水听器的设置示意图；如图3B所示，在所述待测电力推进器前方、后方、径向方向设置的相邻两个水听器之间的间距为2-5倍的所述待测电力推进器的装置直径，按照距离所述待测电力推进器的的由近及远等间距排布，从而保证了水听器的密度，达到能采集到有效的自噪声信号的目的。

图3A实施例中，噪声测试模块的具体结构仅仅示例，并非唯一性限定，对于本领域普通技术人员来说，在本公开的启发下，可以使用其他能达到相同目的的结构来代替。

基于上述图2-图3A所提供的实施例，所述测试主机在根据所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率以及所述自噪声，确定机械噪声的实际频率以及螺旋桨噪声的实际频率时，包括：

根据多个模态三轴加速度计生成的感应信号转换到频域以确定所述机械振动噪声的先验频率，所述机械振动噪声的先验频率包括一阶先验频率和二阶先验频率中的至少一种；

根据所述待测电力推进器的螺旋桨的叶片数以及运行转速，计算螺旋桨噪声的先验频率；

将每枚水听器采集到的自噪声信号转换到频域得到水听器频域信号，并基于多频点特征值搜索的时域分析，根据机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率构建特征值矩阵进行计算，以将所述水听器频域信号中与所述机械振动噪声的先验频率匹配的频率作为所述机械噪声的实际频率，以及将所述水听器频域信号中与螺旋桨噪声的先验频率匹配的频率作为所述螺旋桨噪声的实际频率。

可选地，在一实施例中，所述测试主机还用于并行对多个模态三轴加速度计生成的感应信号采样、以及并行对多枚水听器采集到的自噪声信号进行采样。

具体地，所述测试主机上设置有数据采集卡，所述数据采集卡用于并行对多个模态三轴加速度计生成的感应信号采样、以及并行对多枚水听器采集到的自噪声信号进行采样。

假设模态三轴加速度计的数量为N个，N大于等于1，其中第i个模态三轴加速度计生成的感应信号如下述公式(1)表示：

其中，n表示采样点数量，比如其取值为n(0，1，2…N-1)，N为大于等于2的正整数，f_s表示采样率，X_i(n)表示第i个模态三轴加速度计生成的感应信号；

可选地，所述测试主机在根据多个模态三轴加速度计生成的感应信号转换到频域以确定所述机械振动噪声的先验频率时，具体包括：

将所述每个模态三轴加速度计生成的感应信号进行离散傅里叶变换以转换到频域得到频域信号，其具体如下述公式(2)所示；

确定多个模态三轴加速度计中对应频域信号中频次出现最多的频率，以作为所述机械振动噪声的先验频率。

根据所述待测电力推进器的螺旋桨的叶片数以及运行转速，计算螺旋桨噪声的先验频率,可以按照如下公式(3)来计算：

f₃＝rpm*l (3)

公式(3)中，l表示螺旋桨的叶片数，rpm表示螺旋桨的运行转速。

确定多个模态三轴加速度计中对应频域信号中频次出现最多的频率，以作为所述机械振动噪声的先验频率，可以包括：对多个模态三轴加速度计中对应频域信号进行归一化处理，基于归一化后的频域信号确定多个模态三轴加速度计中对应频域信号中频次出现最多的频率。

确定多个模态三轴加速度计中对应频域信号中频次出现最多的频率，以作为所述机械振动噪声的先验频率，包括：基于多个模态三轴加速度计中对应频域信号绘制频谱，基于所述频谱确定多个模态三轴加速度计中对应频域信号中频次出现最多的频率，以作为所述机械振动噪声的先验频率。

具体地，所述频次最多的一阶先验频率f₁以及频次最多的二阶先验频率f₂中至少其一。比如如果一阶先验频率能反映机械振动的一阶固有频率，则只需要确定一阶先验频率f₁，类似地，如果二阶先验频率能反映机械振动的二阶固有频率，则只需要确定二阶先验频率f₂即可。或者，为了增加机械振动噪声的先验频率的准确度，可以同时确定频次最多的一阶先验频率f₁以及频次最多的二阶先验频率f₂作为所述械振动噪声的先验频率。

可选地，在一实施例中，所述测试主机还用于根据所述采样的频率和采样点数量，针对所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率分别生成先验频率分辨率，以在所述水听器频域信号与所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率分别进行匹配时，同时参考所述先验频率分辨率。

比如，所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率对应的先验频率分辨率均为：

即基于该先验频率分辨率可以得到所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率的范围分别为：

进而在所述水听器频域信号与所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率分别进行匹配时，同时参考所述先验频率分辨率时，可以使用所述机械振动噪声的一阶先验频率f₁的范围、二阶先验频率f₂的范围、螺旋桨噪声的先验频率f₃的范围与所述水听器频域信号进行匹配，从而实现了一阶先验频率f₁的范围、二阶先验频率f₂的范围、螺旋桨噪声的先验频率f₃的范围对所述水听器频域信号进行了精细化的划分，提高了机械振动噪声和螺旋桨噪声的识别精度。

图4为本公开实施例四一种电力推进器的噪声识别方法的流程示意图；如图4所示，其包括：

S401、将待测电力推进器柔性悬挂在悬挂支架上；

S402、使用动态力锤敲击在所述待测电力推进器的外壳上设置的敲击位置，以使得所述待测电力推进器的外壳发生机械振动噪声；

S403、设置在所述待测电力推进器的响应位置上的多个模态三轴加速度计中，每个模态三轴加速度计对所述动态力锤敲击所述敲击位置时产生的机械振动进行感应并生成感应信号；

S404、在消声水池容纳水以形成自由声场的测量水环境；

S405、所述待测电力推进器悬挂在拖车上悬挂的升降支架上并置于所述测量水环境中，且使所述待测电力推进器在所述拖车的带动下在所述测量水环境中运动以模拟所述待测电力推进器在水下活动；

S406、设置在所述测量水环境中且位于所述待测电力推进器的前方、后方、径向方向上的多枚水听器中，每枚水听器对所述待测电力推进器开机后在所述测量水环境中运动时产生的自噪声信号进行采集；

S407、测试主机执行如下步骤：

S417、根据多个模态三轴加速度计生成的感应信号转换到频域以确定所述机械振动噪声的先验频率；

所述机械振动噪声的先验频率包括一阶先验频率和二阶先验频率中的至少一种；

S427、根据所述待测电力推进器的螺旋桨的叶片数以及运行转速，计算螺旋桨噪声的先验频率；

S437、将每枚水听器采集到的自噪声信号转换到频域得到水听器频域信号，并基于多频点特征值搜索的时域分析，根据机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率构建特征值矩阵进行计算，以将所述水听器频域信号中与所述机械振动噪声的先验频率匹配的频率作为所述机械噪声的实际频率，以及将所述水听器频域信号中与螺旋桨噪声的先验频率匹配的频率作为所述螺旋桨噪声的实际频率。

本实施例中，在完成上述步骤S401-S403之后，可以将步骤S401-S403使用的待测电力推进器拆卸下来，以备步骤S404-S407使用。

或者，如果具有相同制造工艺的两台相同电力推进器的话，则上述步骤S401-S403与步骤S404-S407可以并行执行。

示例性地，假如水听器的个数为M个，采样点的数量为N，则在基于多频点特征值搜索的时域分析，根据所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率构建特征值矩阵进行计算，以将所述水听器频域信号中与所述机械振动噪声的先验频率匹配的频率作为所述机械噪声的实际频率，以及将所述水听器频域信号中与螺旋桨噪声的先验频率匹配的频率作为所述螺旋桨噪声的实际频率，可以具体包括：

S4371、构建自噪声样本集f(M，N)；

由于有M个水听器，每个水听器对应的采样点数为N，因此，构建的测试样本集为M×N个维度。

S4372、根据所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率构建特征值矩阵Λ：

其中，特征值λ₁＝λ₂＝λ₃＝1，其余特征值λ的值为0；

每个水听器对应的采样点数为N，因此，特征值矩阵中共计有N个特征值。

S4373、令：T＝f(M×N)Λ，取T中非零子集B(M×3)，B＝[B_m，1 B_m，2 B_m，3]，其中m＝1，2，…M，B作为f(M×N)与先验频率初步匹配的频率子集；

由于存在M个水听器，先验频率只有f₁、f₂、f₃，因此，B的维度实际为M×3个维度。

根据f₁、f₂、f₃，剔除B[B_m，1 B_m，2 B_m，3]中的异常频率点，得到B′[B_m，1′ B_m，2′ B_m，3′]；

在根据f₁、f₂、f₃，剔除B[B_m，1 B_m，2 B_m，3]中的异常频率点，具体结合f₁、f₂、f₃的频率分辨率，剔除B[B_m，1 B_m，2 B_m，3]中的异常点，比如将不在

范围的频率点作为异常频率点以剔除。

S4373、计算B′中各列均值，将得到的第一列的均值作为所述机械噪声的一阶实际频率f₁′、第二列的均值作为所述机械噪声的二阶实际频率f₂′、第二列的均值作为所述螺旋桨噪声的实际频率f₃′。

以下以在一具体应用场景中应用为例，对本公开的技术方案进行说明。

全向三叶片电力推进器的外壳的一阶固有频率一般小于100Hz，因此，可设系统采样频率f_s＝512Hz，采样点数量n＝1024，得到频率分辨率Δf＝0.5Hz,敲击位置和响应位置分别为三个，三个响应位置(又称为响应点序号)分别记为A、B、C，一阶先验频率f₁＝89.3Hz、二阶先验频率f₂＝149.27Hz。螺旋桨噪声的先验频率f₃。

全向三叶片电力推进器，最大工作启动电压为5V，则电机转速rpm最高为2000转/小时，则螺旋桨的先验频率的最大值为：

在具体的实施过程中，考虑到启动电压和螺旋桨的噪声频率呈线性变化关系，因此，螺旋桨噪声的先验频率f₃和启动电压U_i有如下关系：

即在计算螺旋桨的先验频率基于电力推进器的最大启动电压计算出螺旋桨的先验频率的最大值；基于螺旋桨的先验频率的最大值和电力推进器的实际启动电压来计算参与测试的螺旋桨的先验频率。

另外，以4枚水听器为例，水听器1#、2#位于推进器前侧，水听器3#、4#位于推进器左侧，而在径向方向不设置水听器，水听器间距为0.5m。系统采样频率f_s＝512Hz，采样点数N＝1024。然后，采集得到单个水听器的水听器频域信号为

其对应的频谱如图5所示，横坐标表示频率，通过上述基于频域型号的匹配，从而螺旋桨噪声的实际频率为100Hz，机械振动的一阶实际频率为89.5Hz，机械噪声的一阶实际频率为149.6Hz。

在本公开的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“第一”或“第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅配置为将元件与其它元件区分开的目的。例如，第一用户设备和第二用户设备表示不同的用户设备，虽然两者均是用户设备。例如，在不背离本公开的范围的前提下，第一元件可称作第二元件，类似地，第二元件可称作第一元件。

当一个元件(例如，第一元件)称为与另一元件(例如，第二元件)“(可操作地或可通信地)联接”或“(可操作地或可通信地)联接至”另一元件(例如，第二元件)或“连接至”另一元件(例如，第二元件)时，应理解为该一个元件直接连接至该另一元件或者该一个元件经由又一个元件(例如，第三元件)间接连接至该另一个元件。相反，可理解，当元件(例如，第一元件)称为“直接连接”或“直接联接”至另一元件(第二元件)时，则没有元件(例如，第三元件)插入在这两者之间。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种电力推进器的噪声识别系统，其特征在于所述系统括模态测试模块、噪声测试模块以及测试主机，其中：

所述模态测试模块包括：

悬挂支架，所述悬挂支架用于柔性悬挂待测电力推进器；

动态力锤，所述动态力锤用于敲击在所述待测电力推进器的外壳上设置的敲击位置，以使得所述待测电力推进器的外壳发生机械振动噪声；

模态三轴加速度计，所述模态三轴加速度计的数量为多个，设置在所述待测电力推进器的响应位置上，每个模态三轴加速度计用于对所述动态力锤敲击所述敲击位置时产生的机械振动进行感应并生成感应信号；

所述噪声测试模块，包括：

消声水池，用于容纳水以形成自由声场的测量水环境；

拖车，所述拖车上悬挂有升降支架，所述升降支架上悬挂有待测电力推进器以将所述待测电力推进器置于所述测量水环境中，且使所述待测电力推进器可在所述拖车的带动下在所述测量水环境中运动以模拟所述待测电力推进器在水下活动；

水听器，所述水听器的数量为多枚，设置在所述测量水环境中，并位于所述待测电力推进器的前方、后方、径向方向上，每枚水听器用于对所述待测电力推进器开机后在所述测量水环境中运动时产生的自噪声信号进行采集；

测试主机，用于执行如下操作：

根据多个模态三轴加速度计生成的感应信号转换到频域以确定所述机械振动噪声的先验频率，所述机械振动噪声的先验频率包括一阶先验频率和二阶先验频率中的至少一种；

根据所述待测电力推进器的螺旋桨的叶片数以及运行转速，计算螺旋桨噪声的先验频率；

将每枚水听器采集到的自噪声信号转换到频域得到水听器频域信号，并基于多频点特征值搜索的时域分析，根据所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率构建特征值矩阵进行计算，以将所述水听器频域信号中与所述机械振动噪声的先验频率匹配的频率作为所述机械噪声的实际频率，以及将所述水听器频域信号中与螺旋桨噪声的先验频率匹配的频率作为所述螺旋桨噪声的实际频率。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模态测试模块包括：弹性结构件，所述弹性结构件的一端固定在所述悬挂支架上，另外一端固定在所述待测电力推进器上，以将所述待测电力推进器柔性悬挂在所述悬挂支架上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动态力锤为PCB动态力锤，以通过敲击在所述敲击位置激振出具有所述外壳发生所述机械振动时的固有频率以使得计算出的所述机械振动的先验频率接近于所述机械振动的固有频率。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述敲击位置设置在所述远离所述电力推进器的主轴的方向上，以使得所述动态力锤敲击所述敲击位置时所述待测电力推进器的外壳发生有效的机械振动。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，互换所述敲击位置和所述响应位置，使得原响应位置作为新敲击位置，原敲击位置作为新响应位置，以使得所述动态力锤在所述新敲击位置敲击，所述模态三轴加速度计在所述新感应位置感应。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，设置在同一方向的多个水听器按照距离所述待测电力推进器的的由近及远等间距排布。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，设置在同一方向的相邻两个水听器之间的间距为2-5倍的所述待测电力推进器的装置直径。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试主机还用于并行对多个模态三轴加速度计生成的感应信号采样、以及并行对多枚水听器采集到的自噪声信号进行采样。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述测试主机还用于根据所述采样的频率和采样点数量，针对所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率分别生成先验频率分辨率，以在所述水听器频域信号与所述机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率分别进行匹配时，同时参考所述先验频率分辨率。

10.一种电力推进器的噪声识别方法，其特征在于，包括：

将待测电力推进器柔性悬挂在悬挂支架上；

使用动态力锤敲击在所述待测电力推进器的外壳上设置的敲击位置，以使得所述待测电力推进器的外壳发生机械振动噪声；

设置在所述待测电力推进器的响应位置上的多个模态三轴加速度计中，每个模态三轴加速度计对所述动态力锤敲击所述敲击位置时产生的机械振动进行感应并生成感应信号；

在消声水池容纳水以形成自由声场的测量水环境；

所述待测电力推进器悬挂在拖车上悬挂的升降支架上并置于所述测量水环境中，且使所述待测电力推进器在所述拖车的带动下在所述测量水环境中运动以模拟所述待测电力推进器在水下活动；

设置在所述测量水环境中且位于所述待测电力推进器的前方、后方、径向方向上的多枚水听器中，每枚水听器对所述待测电力推进器开机后在所述测量水环境中运动时产生的自噪声信号进行采集；

测试主机执行如下步骤：

根据多个模态三轴加速度计生成的感应信号转换到频域以确定所述机械振动噪声的先验频率，所述机械振动噪声的先验频率包括一阶先验频率和二阶先验频率中的至少一种；

根据所述待测电力推进器的螺旋桨的叶片数以及运行转速，计算螺旋桨噪声的先验频率；

将每枚水听器采集到的自噪声信号转换到频域得到水听器频域信号，并基于多频点特征值搜索的时域分析，根据机械振动噪声的先验频率、螺旋桨噪声的先验频率构建特征值矩阵进行计算，以将所述水听器频域信号中与所述机械振动噪声的先验频率匹配的频率作为所述机械噪声的实际频率，以及将所述水听器频域信号中与螺旋桨噪声的先验频率匹配的频率作为所述螺旋桨噪声的实际频率。

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