基于波束形成的聲源定位及量化方法研究.pdf

1、聲源定位是聲源識別的目的之一，波束形成技術(shù)可通過非接觸測量獲得噪聲源的位置分布和強(qiáng)度量化結(jié)果，從而確定主要噪聲源，這對減振降噪措施的有效實(shí)施具有重要的指導(dǎo)意義。本文研究了多種一維、二維和三維陣列的性能，并開發(fā)了陣列性能分析平臺。首次系統(tǒng)全面地對基于平面波和球面波模型的波束形成單、多聲源定位及量化方法進(jìn)行了仿真研究，可用于處理遠(yuǎn)場平面波聲源定位和近場球面波聲源定位問題。設(shè)計(jì)了二維網(wǎng)格傳聲器陣列，進(jìn)行了聲源定位試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了空氣壓縮機(jī)的噪聲源

2、定位。研究工作主要包括：
　?。?）對于一維陣列，分別仿真研究了一維均勻陣列和一維非均勻陣列的指向性，同時(shí)得到了一維均勻陣列的陣列模式徑向分布函數(shù)和最大旁瓣級。對于二維陣列，分別設(shè)計(jì)了二維網(wǎng)格陣、二維十字陣、二維圓陣、二維環(huán)陣、二維輪形陣、二維L陣和二維隨機(jī)陣，仿真研究了各二維陣列的指向性。針對各二維陣列設(shè)計(jì)了與其分別對應(yīng)的三維網(wǎng)格陣、三維十字陣、三維環(huán)陣、三維輪形陣和三維隨機(jī)陣，仿真研究了各三維陣列的指向性，并與其對應(yīng)的各二維陣

3、列指向性作了對比。基于LabVIEW，開發(fā)了陣列性能分析軟件平臺，集成了所有陣列性能仿真程序。
　?。?）闡述和推導(dǎo)了陣列陣型、相鄰陣元間距、陣列尺寸、陣列孔徑和陣元數(shù)目等陣列幾何參數(shù)以及陣列指向性函數(shù)、陣列空間分辨率、陣列模式徑向分布函數(shù)、最大旁瓣級和陣列截止頻率等陣列性能參數(shù)。以二維網(wǎng)格陣為例，分別研究了聲源頻率、陣列尺寸和陣元數(shù)目對陣列指向性的影響以及陣元數(shù)目對截止頻率的影響。
　?。?）基于平面波模型，以聲源重建面上

4、掃描點(diǎn)對應(yīng)的x、y坐標(biāo)值作為掃描參數(shù)，通過加權(quán)延遲求和，得到了時(shí)域波束形成聲源定位結(jié)果。以聲源的球面角(θ)=（φ,θ）作為掃描參數(shù)，分別仿真研究了一維、二維頻域波束形成和基于高分辨率譜估計(jì)MUSIC的單、多聲源定位。
　?。?）基于球面波模型，利用時(shí)域波束形成算法仿真研究了單聲源定位。對于多聲源定位，首次利用時(shí)域波束形成算法分別研究了同一聲源平面、不同聲源頻率、不同聲源縱向距離、不同聲源強(qiáng)度下多聲源定位以及多種因素作用下多聲源定

5、位聯(lián)合仿真。此外，分別研究了基于頻域波束形成、功率譜波束形成和幅值成像函數(shù)波束形成的單、多聲源定位及量化方法。
　?。?）設(shè)計(jì)了二維網(wǎng)格陣，開發(fā)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理軟件平臺，提出了一套經(jīng)濟(jì)、可行的陣列成像方案。利用搭建的陣列聲壓測試系統(tǒng)，進(jìn)行揚(yáng)聲器單頻聲源定位試驗(yàn)，驗(yàn)證了陣列以及數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理軟件平臺的可靠性和準(zhǔn)確性。
　?。?）針對揚(yáng)聲器寬帶聲源，利用基于有限沖激響應(yīng)濾波器的時(shí)域?qū)崿F(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)了寬帶波束形成聲源定位及量