基於現代信號處理的高速列車輻射噪聲分析

《基於現代信號處理的高速列車輻射噪聲分析》是依託昆明理工大學，由劉增力擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於現代信號處理的高速列車輻射噪聲分析
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉增力
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

隨著列車運行速度的不斷提高，其運行時產生的輻射噪聲，對周圍環境的影響愈來愈大，是環境的重要污染源並且日趨得到人們的關注。對高速列車輻射噪聲分析的目的在於研究其噪聲產生機理，準確定位其主要噪聲源，為設計低噪聲及低振動級的高速列車提供依據。希爾伯特-黃變換（HHT）是近年提出的用於非平穩過程分析的新方法，循環平穩信號處理的方法也是用於對具有周期特徵的非平穩信號進行分析的一個有力工具，而高速列車輻射噪聲是典型的非平穩信號，因此，本研究擬結合信號處理的經典理論，依據仿真數據及實際測試數據，運用現代信號處理的方法分析高速列車的輻射噪聲特徵，達到科學地評價和套用HHT及基於循環平穩信號處理的盲源分離技術的目的。本研究優勢：①針對水下運動目標輻射噪聲所採用的傅立葉變換、小波變換和HHT所積累的經驗並且獲得過國防科技進步獎②現擁有多套高性能數據採集測試設備。本項目具有較強學術創新性及前瞻性，套用前景廣闊。

結題摘要

高速鐵路的噪聲包括輪軌噪聲、空氣動力噪聲、集電噪聲和結構體噪聲，四者構成了高速列車輻射噪聲。其中輪軌噪聲仍是高速鐵路噪聲的重要來源，它包括輪軌滾動噪聲、輪軌衝擊噪聲和尖嘯噪聲。對於高速鐵路，輪軌噪聲主要表現為輪軌滾動噪聲。研究表明當列車的運行速度達到300ｋｍ/ｈ，列車運行所產生的氣動噪聲將會超過輪軌噪聲，成為高速列車的主要噪聲。因此，隨著高速列車運行速度的不斷提高，其運行時產生的輻射噪聲，對周圍環境的影響愈來愈大，是環境的重要污染源並且日趨得到人們的關注。因此，開展對高速列車輻射噪聲分析的目的在於研究其噪聲產生機理，準確定位其主要噪聲源，為設計低噪聲及低振動級的高速列車提供依據。另外，為了驗證和完善所提出的新理論、新方法，試驗研究必不可缺，以往的高速列車輻射噪聲測量方案都是非同步式的，所用的測量系統為輪輻式陣列構型，雖然能測試到高速列車輻射噪聲級，但最重要的列車輪軌的所產生的噪聲對高速列車輻射噪聲的貢獻卻不能夠獨立測量到，且受電弓輻射噪聲及轉向架輻射噪聲也不能夠獨立測量到。如何進行合理的測量陣形配置研究，進而基於HHT、時頻分布與循環平穩信號處理的方法研究高速列車輻射噪聲統計特性以及各輻射聲源的空間分布特性也具有十分重要的意義。本研究針對當前高速列車輻射噪聲精準性分析的迫切需要，在已有的傅立葉分析的基礎上，用HHT、時頻分布與循環平穩信號處理的方法分析高速列車輻射噪聲特徵。為此，為高解析度地得到高速列車輻射噪聲特徵參數，要深入開展HHT、時頻分布及循環平穩信號處理的方法在高速列車輻射噪聲分析中的套用，通過研究高速列車輻射噪聲的HHT獲得高速列車輻射噪聲信號瞬時頻率特徵；通過研究高速列車輻射噪聲的時頻分布獲得高速列車輻射噪聲信號在不同時間和頻率的能量密度和強度；通過將循環平穩信號處理的方法套用於高速列車輻射噪聲，在獲得循環自相關函式和循環功率譜密度函式後，利用循環譜圖及循環譜切片圖識別調幅信號的調製頻率和載波頻率，從而提取高速列車輻射噪聲中包含大量的周期成分的、具有循環平穩性的輪軌噪聲的特徵；根據高速列車輻射噪聲中輪軌噪聲、氣動噪聲、集電系統噪聲和高架結構噪聲的不同統計特性，特別是機械往復運動及列車車輪旋轉運動所表現出的循環平穩性，深入研究基於循環平穩盲源分離算法。