近场反卷积聚焦波束形成声图测量
发布时间：2021-08-26 18:56
为了提高声图测量中对多个声源的分辨能力和定位精度,给出了一种近场二维反卷积聚焦波束形成声图测量方法。推导了水下声图测量的广义卷积模型,根据声图测量中点传播函数移变但可预测的特点,通过预存点传播函数字典的方式,将波束形成过程中的卷积问题转化成叠加积分问题,并应用二维Richardson-Lucy迭代算法实现了二维移变模型情况下的近场二维反卷积求解,从而实现高分辨声图测量。通过仿真和海试对比了反卷积、常规声图测量和MVDR声图测量的性能,结果表明反卷积算法在500次迭代情况下聚焦峰尺度小于另外两种算法的1/2,旁瓣级下降超过6 dB.
【文章来源】：声学学报. 2020,45(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
图４反卷积处理流程??
２２??２０２０?年??声?学学报??１０?－５?０?５?１０??■ｒ（ｍ）??４０??３５??３０??１?２５??２０??１５??１０??１０?－５?０?５?１０??＾（ｍ）??（ａ）?ＣＢＦ等强度??（ｂ）?ＣＢＦ不等强度??１０?－５?０?５?１０??ｘ｛ｍ）??（ｃ）?ＭＶＤＲ等强度??ｘ?（ｍ）?Ａ：（ｍ）??（ｅ）?ｄＣｖ等强度??（ｆ）?ｄＣｖ不等强度??图６双目标结果对比??标强度不等，目标１输入信噪比为〇?ｄＢ，目标２输??入信噪比－１０?ｄＢ，反卷积迭代次数５００次。??如图６所示结果可见，双目标时３种方法的最??低噪声背景级和聚焦峰尺度对比结果与单目标情况??下的相似，ｄＣｖ算法仍优于其它两种方法。最大旁??瓣级方面，由图６（ａ）可见，等强度双声源的ＣＢＦ声??图中的旁瓣干扰多于单声源，最大旁瓣级可以达到??－３?ｄＢ；在图６（ｂ）中，两声源级相差１０?ｄＢ的情况??下，强目标的旁瓣已明显高于弱目标，对弱声源检测??带来严重干扰。两种情况下，ｄＣｖ算法和ＭＶＤＲ．算??法都没有明显的旁瓣，对弱目标的检测性能都明显??优于ＣＢＦ，?ｄＣｖ算法旁瓣更低，有利于在强干扰下实??现对弱目标的检测。??３．２聚焦峰尺度与分辨能力对比分析??声图测量的径向主瓣宽度和切向主瓣宽度定义??
梅继丹等：近场反卷积聚焦波束形成声图测量??２３??５５０??６５０?７５０?８５０?９５０??频率（Ｈｚ）??（ａ）切向主瓣宽度??１０５０??°５５０??６５０?７５０?８５０??频率（Ｈｚ）??（ｂ）径向主瓣宽度??９５０??１０５０??图８主瓣宽度随频率的变化??０．５??２００?４００?６００?８００?１０００??迭代次数??（ａ）切向主瓣宽度??２００?４００?６００?８００?１０００??迭代次数??（ｂ）径向主瓣宽度??１期??如图７所示。通过改变声源频率、迭代次数来分析??反卷积主瓣宽度与这些因素的关系。测量区域为．Ｔ?：??－１０？１０?ｍ，ｙ?：?１０？４０?ｍ，声源位置（ｘ０，如）＝??（０?ｍ，２３?ｍ），噪声频段（／〇?－?２００）？（／〇?＋?２００）?Ｈｚ，??／〇为窄带声源的中心频率，输入信噪比为１０?ｆｌＢ，阵??元数２１，阵元间距２?ｍ。不同条件下主瓣宽度对比结??果如图８和图９所示。??由图８可见，３种方法主瓣宽度都随频率升高而??变校径向和切向主瓣宽度ＭＶＤＲ、ｄＣｖ算法都优??于ＣＢＦ，ｄＣｖ切向主瓣宽度优于ＭＶＤＲ。ｄＣｖ径向??主瓣宽度小于ＭＶＤＲ的１／２，小于ＣＢＦ的１／６。图??９为／？?＝?６００?Ｈｚ的声源ｄＣｖ主瓣宽度随着迭代次数??增加的变化情况，图中起始迭代次数为１０次，随迭??代次数增加切向和径向主瓣宽度都呈单调递减逐渐??收敛的趋势。迭代次数增加会带来算法计算量的增??加，迭代次数超过５００次后收敛速度减缓，为此文中??大部分处理采用了?５００次迭代。??图１０主要对比了?３种算法对等强度声源的切向??极限分辨能力？两坐
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于深度反卷积神经网络的图像超分辨率算法[J]. 彭亚丽,张鲁,张钰,刘侍刚,郭敏. 软件学报. 2018(04)
[2]阵元随机均匀分布球面阵列联合噪声源定位方法[J]. 张揽月,丁丹丹,杨德森,时胜国,朱中锐. 物理学报. 2017(01)
[3]基于矢量水听器的MVDR水下近场噪声源定位方法研究[J]. 贾艳云,陈宏宇. 声学与电子工程. 2016(02)
[4]基于压缩感知的矢量阵聚焦定位方法[J]. 时洁,杨德森,时胜国,胡博,朱中锐. 物理学报. 2016(02)
[5]基于近场聚焦波束形成方法的声场定位研究[J]. 陈泓宇,吴伟伟,王明宇. 计算机仿真. 2014(10)
[6]基于最差性能优化的运动声源稳健聚焦定位识别方法研究[J]. 时洁,杨德森,时胜国. 物理学报. 2011(06)
[7]二维MUSIC近场被动定位方法[J]. 熊鑫,章新华,卢海杰,兰英. 声学技术. 2010(05)
[8]扫描深度误差对声图测量的影响及其修正方法研究[J]. 梅继丹,王逸林,翟春平,惠俊英. 声学学报. 2010(04)
[9]有限采样下低频声源聚焦波束形成的定位研究[J]. 周泽民,倪明. 应用声学. 2010(04)
[10]声图测量及定位海试研究[J]. 余赟,梅继丹,翟春萍,惠娟,惠俊英. 声学学报(中文版). 2009(02)
本文编号：3364787
【文章来源】：声学学报. 2020,45(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
图４反卷积处理流程??
２２??２０２０?年??声?学学报??１０?－５?０?５?１０??■ｒ（ｍ）??４０??３５??３０??１?２５??２０??１５??１０??１０?－５?０?５?１０??＾（ｍ）??（ａ）?ＣＢＦ等强度??（ｂ）?ＣＢＦ不等强度??１０?－５?０?５?１０??ｘ｛ｍ）??（ｃ）?ＭＶＤＲ等强度??ｘ?（ｍ）?Ａ：（ｍ）??（ｅ）?ｄＣｖ等强度??（ｆ）?ｄＣｖ不等强度??图６双目标结果对比??标强度不等，目标１输入信噪比为〇?ｄＢ，目标２输??入信噪比－１０?ｄＢ，反卷积迭代次数５００次。??如图６所示结果可见，双目标时３种方法的最??低噪声背景级和聚焦峰尺度对比结果与单目标情况??下的相似，ｄＣｖ算法仍优于其它两种方法。最大旁??瓣级方面，由图６（ａ）可见，等强度双声源的ＣＢＦ声??图中的旁瓣干扰多于单声源，最大旁瓣级可以达到??－３?ｄＢ；在图６（ｂ）中，两声源级相差１０?ｄＢ的情况??下，强目标的旁瓣已明显高于弱目标，对弱声源检测??带来严重干扰。两种情况下，ｄＣｖ算法和ＭＶＤＲ．算??法都没有明显的旁瓣，对弱目标的检测性能都明显??优于ＣＢＦ，?ｄＣｖ算法旁瓣更低，有利于在强干扰下实??现对弱目标的检测。??３．２聚焦峰尺度与分辨能力对比分析??声图测量的径向主瓣宽度和切向主瓣宽度定义??
梅继丹等：近场反卷积聚焦波束形成声图测量??２３??５５０??６５０?７５０?８５０?９５０??频率（Ｈｚ）??（ａ）切向主瓣宽度??１０５０??°５５０??６５０?７５０?８５０??频率（Ｈｚ）??（ｂ）径向主瓣宽度??９５０??１０５０??图８主瓣宽度随频率的变化??０．５??２００?４００?６００?８００?１０００??迭代次数??（ａ）切向主瓣宽度??２００?４００?６００?８００?１０００??迭代次数??（ｂ）径向主瓣宽度??１期??如图７所示。通过改变声源频率、迭代次数来分析??反卷积主瓣宽度与这些因素的关系。测量区域为．Ｔ?：??－１０？１０?ｍ，ｙ?：?１０？４０?ｍ，声源位置（ｘ０，如）＝??（０?ｍ，２３?ｍ），噪声频段（／〇?－?２００）？（／〇?＋?２００）?Ｈｚ，??／〇为窄带声源的中心频率，输入信噪比为１０?ｆｌＢ，阵??元数２１，阵元间距２?ｍ。不同条件下主瓣宽度对比结??果如图８和图９所示。??由图８可见，３种方法主瓣宽度都随频率升高而??变校径向和切向主瓣宽度ＭＶＤＲ、ｄＣｖ算法都优??于ＣＢＦ，ｄＣｖ切向主瓣宽度优于ＭＶＤＲ。ｄＣｖ径向??主瓣宽度小于ＭＶＤＲ的１／２，小于ＣＢＦ的１／６。图??９为／？?＝?６００?Ｈｚ的声源ｄＣｖ主瓣宽度随着迭代次数??增加的变化情况，图中起始迭代次数为１０次，随迭??代次数增加切向和径向主瓣宽度都呈单调递减逐渐??收敛的趋势。迭代次数增加会带来算法计算量的增??加，迭代次数超过５００次后收敛速度减缓，为此文中??大部分处理采用了?５００次迭代。??图１０主要对比了?３种算法对等强度声源的切向??极限分辨能力？两坐
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于深度反卷积神经网络的图像超分辨率算法[J]. 彭亚丽,张鲁,张钰,刘侍刚,郭敏. 软件学报. 2018(04)
[2]阵元随机均匀分布球面阵列联合噪声源定位方法[J]. 张揽月,丁丹丹,杨德森,时胜国,朱中锐. 物理学报. 2017(01)
[3]基于矢量水听器的MVDR水下近场噪声源定位方法研究[J]. 贾艳云,陈宏宇. 声学与电子工程. 2016(02)
[4]基于压缩感知的矢量阵聚焦定位方法[J]. 时洁,杨德森,时胜国,胡博,朱中锐. 物理学报. 2016(02)
[5]基于近场聚焦波束形成方法的声场定位研究[J]. 陈泓宇,吴伟伟,王明宇. 计算机仿真. 2014(10)
[6]基于最差性能优化的运动声源稳健聚焦定位识别方法研究[J]. 时洁,杨德森,时胜国. 物理学报. 2011(06)
[7]二维MUSIC近场被动定位方法[J]. 熊鑫,章新华,卢海杰,兰英. 声学技术. 2010(05)
[8]扫描深度误差对声图测量的影响及其修正方法研究[J]. 梅继丹,王逸林,翟春平,惠俊英. 声学学报. 2010(04)
[9]有限采样下低频声源聚焦波束形成的定位研究[J]. 周泽民,倪明. 应用声学. 2010(04)
[10]声图测量及定位海试研究[J]. 余赟,梅继丹,翟春萍,惠娟,惠俊英. 声学学报(中文版). 2009(02)
本文编号：3364787
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