基于麥克風(fēng)平面陣列的運(yùn)動噪聲源定位及算法研究.pdf

1、噪聲源識別是進(jìn)行噪聲抑制和降噪的前提條件,由于高速列車工作狀態(tài)和速度的不同而導(dǎo)致高鐵運(yùn)動噪聲源頻率、強(qiáng)弱等特性發(fā)生變化,給外部噪聲源的空間指向性建模、測試分析帶來很大的困難。經(jīng)典“延時-累加”波束形成方法在識別運(yùn)動聲源中存在不足,無法克服運(yùn)動噪聲源存在的多普勒效應(yīng)。本課題對運(yùn)動噪聲源定位的理論算法、陣列設(shè)計(jì)、建模仿真進(jìn)行了研究,具有重要的實(shí)用參考價值和廣闊應(yīng)用前景。
　　本文詳細(xì)分析和總結(jié)國內(nèi)外研究經(jīng)驗(yàn),以經(jīng)典波束形成和運(yùn)動聲源輻

2、射理論為基礎(chǔ),以運(yùn)動噪聲源識別技術(shù)為主,采用理論研究與仿真分析相結(jié)合的方法,對運(yùn)動噪聲源識別和聲場重建技術(shù)進(jìn)行研究。論文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個部分:
　　(1)運(yùn)動聲源輻射問題。在經(jīng)典“延時-累加”波束形成對靜止聲源識別的基礎(chǔ)上提出該方法在運(yùn)動聲源識別中存在的不足,闡述了運(yùn)動聲源輻射的相關(guān)問題,給出了運(yùn)動聲場輻射數(shù)學(xué)描述。
　　(2)運(yùn)動聲源多普勒效應(yīng)處理。分析運(yùn)動列車陣列信號基本理論,建立運(yùn)動聲源點(diǎn)與測量點(diǎn)幾何模型。針

3、對常規(guī)運(yùn)動聲源識別方法對幅度和頻率進(jìn)行簡單校正,波數(shù)域仍然存在多普勒效應(yīng)和簡化模型存在定位誤差的情況,本論文提出基于非簡化模型的聲源測量方法,通過微積分方法建立消除多普勒效應(yīng)的運(yùn)動聲源數(shù)學(xué)模型,該模型為一種無損精度數(shù)學(xué)模型,并由此推導(dǎo)出基于非簡化模型的運(yùn)動聲源波束形成聲場重建公式。為最大程度提高系統(tǒng)的抗干擾能力,增強(qiáng)系統(tǒng)聲源指向的準(zhǔn)確性,采用去自相關(guān)項(xiàng)方法來降低降噪聲污染。
　　(3)麥克風(fēng)陣列性能研究。詳細(xì)分析噪聲信號頻率、陣列

4、間距、陣元數(shù)目、陣列尺寸等陣列幾何參數(shù)對陣列分辨率等性能的重要影響。以十字陣、矩形陣、六角陣為對象,在陣列方向性、圓對稱性、角度分辨率等性能方面進(jìn)行定性和定量對比仿真與分析。
　　(4)波束形成算法性能研究。在方位譜估計(jì)的理論基礎(chǔ)上,給出了常規(guī)波束形成器、MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)波束形成器、MUSIC(Multiple Signal Classification)

5、波束形成器在兩聲源方位間隔Δθ=5°和Δθ=10°的掃描方位譜。通過信噪比分別為-5 dB和5 dB時分辨概率和方位間隔的關(guān)系以及輸入信噪比SNR的值在-30~30 dB間變化時SINR與輸入SNR的關(guān)系對三種波束形成器穩(wěn)定性、陣列增益等性能進(jìn)行了對比研究并給出相關(guān)結(jié)論,為后續(xù)聲場重建仿真選擇算法提供依據(jù)。
　　(5)基于波束形成算法噪聲源識別聲場仿真。基于麥克風(fēng)陣列在噪聲源識別實(shí)際應(yīng)用中陣列布局、陣列選型等方面的相關(guān)結(jié)論和波束形