基于高精度波束形成算法结合伞型阵列的三维声源识别定位

发布时间：2020-05-16 07:57

【摘要】：当前平面传声器阵列结合三维声聚焦波束形成方法在阵列逆孔径方向存在伪声源的问题,且对背景噪声干扰的抑制能力较弱。而传统波束形成算法(DAS)在成像效果上,主瓣宽度较大,空间分辨率较低。针对当前声源识别定位存在的两个问题,本学位论文提出了基于伞型阵列的高精度波束形成方法。在全消声室结合现阶段有的两种阵列和三种算法进行了仿真验证和实验验证。本文的主要研究内容包括:(1)基于前人建立的波束形成结合伞型传声器阵列的数学模型,推导了互谱矩阵算法结合伞型传声器阵列和互谱成像函数算法结合伞型传声器阵列的高精度波束形成方法模型。完成了互谱矩阵和互谱成像函数两个算法的程序编写,并通过仿真和实验,验证了两个算法的可行性。(2)对高精度波束形成算法结合伞型阵列方法进行了仿真验证。通过X、Y、Z三个方向的主瓣宽度衡量了轮辐阵列和伞型阵列的优劣。通过计算时间、主瓣宽度、区分双声源最小距离等指标衡量了DAS、互谱矩阵和互谱成像函数三种算法的性能好坏。(3)在全消声室内做了实验验证并进行了分析。在实验中通过改变声源深度和声源频率两个参数,论证了互谱成像函数算法性能优于DAS算法。互谱成像函数算法在X和Y方向的主瓣宽度缩小了一半,Z方向的主瓣宽度只有DAS算法的0.4倍。通过引入绝对误差这一指标,论证了绝对误差与声源深度、声源频率之间的关系。通过对比算法运行时间,论证了互谱成像函数算法综合性能更好。本文研究了DAS算法、互谱矩阵算法、互谱成像函数算法结合轮辐阵列和伞型阵列的六种波束形成方法。以声源频率和声源深度为变量,通过模拟和实验验证了基于伞型阵列的互谱成像函数算法在计算时间和空间分辨率等指标上具有更好的综合性能。为实际声源识别定位试验提供了高质量的方法。
【图文】：

曲线,计算时间,曲线,空间边缘

典型波束形成算法进行了仿真比较及实验验证。在分相干双声源，在识别结果中存在混叠现象;而 CLE双声源；DAMAS2 算法对于聚焦空间边缘声源无用性方面，SC-DAMAS，CMF 在低频下有较优异。在计算效率上，从表 1-2 可见，综合三方面，SC表 1-2 算法计算时间[41]DAS DAMAS SC-DAMAS CMF 0.3 78.0 12.3 69.2 0.6 138.0 31.8 123.5大学的褚志刚和杨洋[42]对 DAMAS2、FFT-NNLS、C积波束形算法的适用性也展开了深入的仿真和实验图 1-1 所示。

阵列,排布,声源,波束形成

图 1-2 阵列排布[76]a) DAS (b) DAMAS with 50图 1-3 波束形成图[76]于线阵列，，可以获得更多的声源信息。研究人员通汽车，发动机等声源上的二维平面声场进行研究，场。使用平面阵列时存在两点不足。1.当对三维声无法区分阵列的前后方向。2.二维平面阵列对阵列是无法有效的抑制阵列后方的干扰信号，当阵列后于阵列对称时，那么波束形成图中，在声源所在深
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB53

【参考文献】