基于压缩感知的气体泄漏源定位算法研究
发布时间：2021-04-17 21:30
随着现代石油化工产业的迅速发展,气体的生产、使用、运输、储存过程中存在着大量易燃、易爆、有毒和有害气体,经常会导致重大泄漏事故的发生,造成了巨大的人员伤亡、经济损失和环境破坏。因此,气体泄漏定位与检测技术的研究意义重大,其中,超声波泄漏检测技术因为具有很强的穿透能力,对被检测目标的检测灵敏度高、检测速度快、缺陷定位准确等特点,所以它已经成为当前的研究热点。一直以来,国内外学者对超声波气体泄漏检测技术开展了大量的工作和研究,但现行的理论主要集中在气体泄漏检测的方式上,对于气体泄漏声波信号处理的算法方面研究较少。在泄漏声波信号的处理中,当前的经典目标方位估计（DOA）方法存在分辨率低、抗噪性能差、不适用于低快拍、多个泄漏源以及阵元数目较少等适用场合的问题。本课题首先针对超声波气体泄漏检测技术和信号DOA估计方法的研究现状,研究了均匀线性阵列的阵列形式和窄带信号的基本数学模型。介绍了常见的两种经典DOA估计算法,分别是CBF算法和MVDR算法,并基于MATLAB平台对这两种算法进行了信号源定位的仿真实验与分析。将传统的信号采集方式与压缩采样方式进行了对比和分析,描述了利用压缩感知基本理论进行...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气体泄漏产生超声波信号
1绪论5泄漏点和各换能器之间的距离，最终通过几何方法计算出泄漏点的三维坐标[24]。实验装置如图1.4所示。（a）环形传感器阵列模型（b）超声波泄漏检测装置图1.3圆柱体容器气体泄漏定位方法图1.4实验装置图尽管国内外研究人员在超声波泄漏定位检测技术方面都开展了深入的研究，也取得了许多阶段性的研究成果。但是，由于工业生产环境的复杂性和气体管道及压力容器的多样性，目前的超声波泄漏定位检测算法和定位检测系统只能针对其中几种气体泄漏环境，不能适用于其它的气体泄漏情况。而且，一次实验往往只能检测单个泄漏源，且定位精度较低。为了解决以上问题，本课题针对超声波泄漏定位检测技术进行更深入的研究，改进了传统超声波泄漏定位检测方法的不足之处，为复杂环境下多个持续性气体泄漏源提供一种新的更高分辨率高精度的超声波泄漏定位检测方法。
2基于传声器阵列的信号DOA估计原理12信号的波长为。图2.1均匀线阵(ULA)空间结构所以，在信号DOA估计中，如果已知阵元位置kx和阵元之间的传播时延差，就能够根据式（2.1）求解信号源的入射信号的方位角i。假设在均匀线性阵列中，信号源入射到阵列中的方位角为i时，该阵列的导向矢量：TiMiiiicxjcxj)sinexp()sinexp(1)(1a(2.2)则定义阵列流形矩阵为：)](,),(),([21MaaaA(2.3)因为均匀直线阵列结构简单，方便进行数学计算处理，所以它在阵列信号处理的研究方法均匀线阵得到广泛的应用。2.1.2窄带信号模型假设信号)(tis的带宽为B，中心频率为0f，则满足以下条件：1.0100fBfB，一般取(2.4)此时的信号为窄带信号。假设有P个声源信号，UCL的阵元数目为M，信号波长为，阵元间距为2λd，那么第Mmm),...,2,1(个阵元的位置为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Kalman滤波数据融合方法的超声波气体泄漏定位研究[J]. 王小然,王涛,洪明宇,陈金兵. 液压与气动. 2019(06)
[2]声发射技术在GIS气体泄漏检测中的应用[J]. 刘荣海,杨迎春,臧春艳,郑欣,许红伟,汤国龙. 电工电气. 2016(09)
[3]铸铁承压设备声发射特征研究[J]. 沈功田,王鹤萤,李丽菲,吴占稳. 中国特种设备安全. 2014(09)
[4]Lamb波在对接焊缝中的传播特性及影响因素[J]. 吴斌,崔辰悦,张也弛,何存富. 应用基础与工程科学学报. 2014(04)
[5]不锈钢波纹管检测换能器的设计与应用研究[J]. 赵继辰,吴斌,何存富. 声学学报. 2014(02)
[6]基于麦克风阵列的声源定位算法研究及DSP实现[J]. 陈颖,吴长奇. 燕山大学学报. 2013(01)
[7]常压储罐声发射检测技术[J]. 李光海,沈功田,闫河. 无损检测. 2010(04)
[8]快速收敛最小方差无畸变响应算法研究及应用[J]. 周胜增,杜选民. 声学学报(中文版). 2009(06)
[9]传感器在管道超声导波检测中的应用[J]. 何存富,刘增华,吴斌. 传感器技术. 2004(11)
[10]超声导波在管材中的传播特性[J]. 他得安,刘镇清,田光春. 声学技术. 2001(03)
硕士论文
[1]基于超声波虚拟相控阵列的气体泄漏源定位算法研究[D]. 刘庆辉.郑州大学 2019
[2]强干扰下相干多目标的DOA估计算法研究[D]. 田蕴琦.哈尔滨工程大学 2019
[3]相位式激光测距技术研究与实现[D]. 孔琪.四川师范大学 2018
[4]基于矩阵重构的自适应波束形成改进算法研究[D]. 杨杰.中国科学技术大学 2018
[5]基于压缩感知的DOA估计方法研究[D]. 危瑞奇.电子科技大学 2017
[6]基于压缩感知理论的声矢量阵方位估计方法研究[D]. 沈小正.江苏科技大学 2016
[7]压缩感知重构算法及其应用研究[D]. 徐立军.中北大学 2016
[8]基于声传感器阵列的目标方位估计方法[D]. 陆丽.江苏科技大学 2016
[9]波束形成技术及其在水声通信中的应用研究[D]. 翟昌宇.上海交通大学 2014
[10]阵列信号波达方向估计算法研究[D]. 林吉平.西安电子科技大学 2014
本文编号：3144172
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气体泄漏产生超声波信号
1绪论5泄漏点和各换能器之间的距离，最终通过几何方法计算出泄漏点的三维坐标[24]。实验装置如图1.4所示。（a）环形传感器阵列模型（b）超声波泄漏检测装置图1.3圆柱体容器气体泄漏定位方法图1.4实验装置图尽管国内外研究人员在超声波泄漏定位检测技术方面都开展了深入的研究，也取得了许多阶段性的研究成果。但是，由于工业生产环境的复杂性和气体管道及压力容器的多样性，目前的超声波泄漏定位检测算法和定位检测系统只能针对其中几种气体泄漏环境，不能适用于其它的气体泄漏情况。而且，一次实验往往只能检测单个泄漏源，且定位精度较低。为了解决以上问题，本课题针对超声波泄漏定位检测技术进行更深入的研究，改进了传统超声波泄漏定位检测方法的不足之处，为复杂环境下多个持续性气体泄漏源提供一种新的更高分辨率高精度的超声波泄漏定位检测方法。
2基于传声器阵列的信号DOA估计原理12信号的波长为。图2.1均匀线阵(ULA)空间结构所以，在信号DOA估计中，如果已知阵元位置kx和阵元之间的传播时延差，就能够根据式（2.1）求解信号源的入射信号的方位角i。假设在均匀线性阵列中，信号源入射到阵列中的方位角为i时，该阵列的导向矢量：TiMiiiicxjcxj)sinexp()sinexp(1)(1a(2.2)则定义阵列流形矩阵为：)](,),(),([21MaaaA(2.3)因为均匀直线阵列结构简单，方便进行数学计算处理，所以它在阵列信号处理的研究方法均匀线阵得到广泛的应用。2.1.2窄带信号模型假设信号)(tis的带宽为B，中心频率为0f，则满足以下条件：1.0100fBfB，一般取(2.4)此时的信号为窄带信号。假设有P个声源信号，UCL的阵元数目为M，信号波长为，阵元间距为2λd，那么第Mmm),...,2,1(个阵元的位置为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Kalman滤波数据融合方法的超声波气体泄漏定位研究[J]. 王小然,王涛,洪明宇,陈金兵. 液压与气动. 2019(06)
[2]声发射技术在GIS气体泄漏检测中的应用[J]. 刘荣海,杨迎春,臧春艳,郑欣,许红伟,汤国龙. 电工电气. 2016(09)
[3]铸铁承压设备声发射特征研究[J]. 沈功田,王鹤萤,李丽菲,吴占稳. 中国特种设备安全. 2014(09)
[4]Lamb波在对接焊缝中的传播特性及影响因素[J]. 吴斌,崔辰悦,张也弛,何存富. 应用基础与工程科学学报. 2014(04)
[5]不锈钢波纹管检测换能器的设计与应用研究[J]. 赵继辰,吴斌,何存富. 声学学报. 2014(02)
[6]基于麦克风阵列的声源定位算法研究及DSP实现[J]. 陈颖,吴长奇. 燕山大学学报. 2013(01)
[7]常压储罐声发射检测技术[J]. 李光海,沈功田,闫河. 无损检测. 2010(04)
[8]快速收敛最小方差无畸变响应算法研究及应用[J]. 周胜增,杜选民. 声学学报(中文版). 2009(06)
[9]传感器在管道超声导波检测中的应用[J]. 何存富,刘增华,吴斌. 传感器技术. 2004(11)
[10]超声导波在管材中的传播特性[J]. 他得安,刘镇清,田光春. 声学技术. 2001(03)
硕士论文
[1]基于超声波虚拟相控阵列的气体泄漏源定位算法研究[D]. 刘庆辉.郑州大学 2019
[2]强干扰下相干多目标的DOA估计算法研究[D]. 田蕴琦.哈尔滨工程大学 2019
[3]相位式激光测距技术研究与实现[D]. 孔琪.四川师范大学 2018
[4]基于矩阵重构的自适应波束形成改进算法研究[D]. 杨杰.中国科学技术大学 2018
[5]基于压缩感知的DOA估计方法研究[D]. 危瑞奇.电子科技大学 2017
[6]基于压缩感知理论的声矢量阵方位估计方法研究[D]. 沈小正.江苏科技大学 2016
[7]压缩感知重构算法及其应用研究[D]. 徐立军.中北大学 2016
[8]基于声传感器阵列的目标方位估计方法[D]. 陆丽.江苏科技大学 2016
[9]波束形成技术及其在水声通信中的应用研究[D]. 翟昌宇.上海交通大学 2014
[10]阵列信号波达方向估计算法研究[D]. 林吉平.西安电子科技大学 2014
本文编号：3144172
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3144172.html
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