基于现代信号处理的高速列车辐射噪声分析

With the continuous improvement of train speed,the radiated noise generated in the run-time,is making bigger and bigger impact on the surrounding environments.It is an important source of pollution of the environment and the increasingly get people's attention..High-speed trains radiated noise analysis aims to study the noise generation mechanism,accurate positioning of the main noise source,provide the basis for the design of low noise and low vibration level high-speed train.. Hilbert-Huang transform (HHT) is a new method recently proposed to analyze non-stationary processes,and cyclostationary signal processing method is a powerful tool for the analysis of non-stationary signals with cycle characteristics..The radiated noise of high-speed train is typical non-stationary signals,therefore, this study intends to combine the classical theory of signal processing,based on simulated data and actual test data, the use of modern signal processing methods to analyze the radiated noise characteristics of high-speed train to reach the purpose of the scientific evaluation and application of HHT,and blind source separation technology based on cyclostationary signal processing..The advantage of this study:.①For underwater moving target radiated noise using the Fourier transform, wavelet transform and HHT accumulated experience and won the National Defense Science and Technology Progress Award；.②We now have several sets can be used for field testing of high-performance data acquisition test equipment。 The project has a strong academic innovation and forward-looking, broad application prospects.

随着列车运行速度的不断提高，其运行时产生的辐射噪声，对周围环境的影响愈来愈大，是环境的重要污染源并且日趋得到人们的关注。对高速列车辐射噪声分析的目的在于研究其噪声产生机理，准确定位其主要噪声源，为设计低噪声及低振动级的高速列车提供依据。希尔伯特-黄变换（HHT）是近年提出的用于非平稳过程分析的新方法，循环平稳信号处理的方法也是用于对具有周期特征的非平稳信号进行分析的一个有力工具，而高速列车辐射噪声是典型的非平稳信号，因此，本研究拟结合信号处理的经典理论，依据仿真数据及实际测试数据，运用现代信号处理的方法分析高速列车的辐射噪声特征，达到科学地评价和应用HHT及基于循环平稳信号处理的盲源分离技术的目的。本研究优势：①针对水下运动目标辐射噪声所采用的傅里叶变换、小波变换和HHT所积累的经验并且获得过国防科技进步奖②现拥有多套高性能数据采集测试设备。本项目具有较强学术创新性及前瞻性，应用前景广阔。

高速铁路的噪声包括轮轨噪声、空气动力噪声、集电噪声和结构体噪声，四者构成了高速列车辐射噪声。其中轮轨噪声仍是高速铁路噪声的重要来源，它包括轮轨滚动噪声、轮轨冲击噪声和尖啸噪声。对于高速铁路，轮轨噪声主要表现为轮轨滚动噪声。研究表明当列车的运行速度达到300ｋｍ/ｈ，列车运行所产生的气动噪声将会超过轮轨噪声，成为高速列车的主要噪声。因此，随着高速列车运行速度的不断提高，其运行时产生的辐射噪声，对周围环境的影响愈来愈大，是环境的重要污染源并且日趋得到人们的关注。因此，开展对高速列车辐射噪声分析的目的在于研究其噪声产生机理，准确定位其主要噪声源，为设计低噪声及低振动级的高速列车提供依据。另外，为了验证和完善所提出的新理论、新方法，试验研究必不可缺，以往的高速列车辐射噪声测量方案都是非同步式的，所用的测量系统为轮辐式阵列构型，虽然能测试到高速列车辐射噪声级，但最重要的列车轮轨的所产生的噪声对高速列车辐射噪声的贡献却不能够独立测量到，且受电弓辐射噪声及转向架辐射噪声也不能够独立测量到。如何进行合理的测量阵形配置研究，进而基于HHT、时频分布与循环平稳信号处理的方法研究高速列车辐射噪声统计特性以及各辐射声源的空间分布特性也具有十分重要的意义。本研究针对当前高速列车辐射噪声精准性分析的迫切需要，在已有的傅里叶分析的基础上，用HHT、时频分布与循环平稳信号处理的方法分析高速列车辐射噪声特征。为此，为高分辨率地得到高速列车辐射噪声特征参数，要深入开展HHT、时频分布及循环平稳信号处理的方法在高速列车辐射噪声分析中的应用，通过研究高速列车辐射噪声的HHT获得高速列车辐射噪声信号瞬时频率特征；通过研究高速列车辐射噪声的时频分布获得高速列车辐射噪声信号在不同时间和频率的能量密度和强度；通过将循环平稳信号处理的方法应用于高速列车辐射噪声，在获得循环自相关函数和循环功率谱密度函数后，利用循环谱图及循环谱切片图识别调幅信号的调制频率和载波频率，从而提取高速列车辐射噪声中包含大量的周期成分的、具有循环平稳性的轮轨噪声的特征；根据高速列车辐射噪声中轮轨噪声、气动噪声、集电系统噪声和高架结构噪声的不同统计特性，特别是机械往复运动及列车车轮旋转运动所表现出的循环平稳性，深入研究基于循环平稳盲源分离算法。