波束形成三维传声器阵列声源识别的改进方法

采用具有倾角的轮型阵列能消除平面阵列对其后方背景声源无抑制能力的缺点,降低对测试环境的要求。通过仿真计算获得了三维轮型传声器阵列波束形成指向图及典型最大旁瓣水平随阵列倾角的变化曲线,分析了阵列倾角对其声源识别性能的影响。在此基础上,提出了阵列多倾角测量声级平均的声源识别改进方法,三种类型声场声源识别的模拟计算结果表明：该方法在准确计算目标声源位置和幅值的同时,相比于一定倾角阵列的单次测量结果可以更有效地同时衰减阵列前方声波和背后背景噪声在聚焦方向上产生的旁瓣干扰,显著地提高了声源识别精度。     

波束形成声源识别技术研究进展

波束形成作为一种空间声场可视化技术在声源识别领域得到广泛的研究和应用。概述了传声器阵列测量和波束形成后处理算法的发展历程,分析了其特点,总结了其发展方向,主要包括：声源识别性能更优的传声器阵列开发和算法改进、声源识别的适应性提高、波束形成结果不确定度的研究、基于声品质的声源成像及可视化研究等。对波束形成声源识别技术的认识及进一步的研究提供参考。     

除自谱的互谱矩阵波束形成的噪声源识别技术

由于传声器阵列具有自噪声的干扰,在各通道的互谱距阵中,消除对角自谱元素的波束形成,可以提高声源识别的精度。由此,建立相应的声源识别算法和平面声源的成像软件。并对某发动机在额定工况下的噪声源识别进行验证。结果表明：发动机前端噪声来源于空气压缩机排气出口和曲轴传动皮带轮的上方机体辐射;左右两侧噪声来源于发动机缸体和油底壳辐射。由此表明涉及的算法与成像软件的正确与有效性能。     

基于非负最小二乘反卷积波束形成的发动机噪声源识别

为提高波束形成方法识别发动机噪声源的位置精度,开发了FFT-NNLS反卷积波束形成声源识别软件。对已知单声源、不相干双声源、相干双声源等多种模拟声源的识别结果表明：该方法能够有效消除旁瓣,显著提高空间分辨率,随迭代次数的增加更快收敛,更准确地识别声源。某发动机全负荷额定转速工况下的噪声源识别试验结果表明：气缸盖罩、缸体、排气旁通阀、发电机是其主要噪声源。为改善其声学性能指明了方向,验证了FFT-NNLS反卷积波束形成在发动机噪声源识别中的有效性和所开发软件的正确性。     

由波束形成的噪声源识别方法对比研究

噪声源识别在航空航海等领域具有重要的意义。目前常用的识别算法多数是基于波束形成,一方面是由于其性能稳定,另一方面则可以在定位噪声源的同时估计其辐射强度。常规波束形成方法(CBF)的主瓣宽度较宽,不利于分辨相距较近的噪声源。近年来,基于波束形成的高分辨噪声源识别方法不断涌现,各种噪声源识别方法有其不同特点。为此,针对CBF,CLEAN,DAMAS三种算法进行分析,仿真对比这三种方法的特点,并通过外场实验验证了仿真的正确性,从而为噪声源识别中选择合适的算法提供依据。     

市域轨道交通高架列车车外噪声源识别试验

基于波束形成技术，利用市域轨道交通D型车实车声源成像数据，研究市域列车整车车外噪声源频谱特性，分析受电弓、转向架等局部区域噪声源对辐射噪声的贡献特点，并评估局部噪声特性变化对总噪声特性的影响，得到以下结论：局部噪声源的贡献方面，市域轨道交通D型车转向架区域是主要辐射噪声贡献区，其贡献所占比重超过63%,100 km/h以上运行时其贡献所占比重超过80%；受电弓区域是次级辐射噪声贡献区；其他区域的噪声贡献相对较小。试验研究成果可为市域轨道交通列车减振降噪优化设计提供有力的技术指导。     

基于广义逆波束形成的扩展性噪声源定位误差影响因素仿真研究

实现噪声控制的前提是正确识别出主要的噪声源,研究噪声源空间指向性对于噪声源的辨识和预测有重大意义。为提高复杂声源的分辨率,以单极子点源形成扩展性声源表征噪声源,引进广义逆波束形成算法对扩展性声源进行声源定位。通过仿真计算,分析了广义逆波束形成(Generalized Inverse Beamforming,GIB)算法中麦克风阵列阵元数、测量距离对定位效果的影响,系统比较了去自谱算法和GIB算法对点声源、扩展性声源(5个紧密相连的单极子点源)的分辨率。仿真表明:GIB算法中定位效果受阵元数目影响不大,相对提高了点声源的定位精度,而且能分辨出扩展性声源。     

采用波束形成和传递路径分析的室内噪声源评价

在室内噪声控制中,由于噪声源数量多且室内声场复杂,造成噪声源评价困难。提出一种室内噪声源评价方法：首先根据声源可能存在的位置进行区域划分,然后在各区域内利用波束形成方法进行声源定位,找到该区域A计权声压级最大的噪声源。再将各主要声源对噪声评价位置进行传递路径分析,计算各声源对该位置的贡献量。最后通过传递路径分析合成的噪声与该位置实际所测噪声的误差分析判断主要声源识别的有效性。仿真研究表明该方法能有效降低室内混响对声源定位的影响,减小传递路径方法的工作量,便于找到对评价位置影响最大的主噪声源。     

改进的波束形成方法及其在运动声源定位中的应用研究

对行驶车辆辐射声场的阵列信号处理理论进行了应用性研究。参照空间域信号相关函数理论,提出基于相关函数的波束形成方法。通过系统仿真验证,利用该理论进行的空间信号扩展可以使信号接收阵列所需的传声器数目大幅降低,同时对声源定位结果精度影响不大。     

波导中模滤波与模波束形成

本文在“模波束形成及其Robust处理”一文的基础上,着重于对通过加大阵元个数、基阵尺寸和声源距离来提高模滤波精度从而改善模波束形成性能的问题进行实验研究。实验在新安江水库进行,给出了前文提出的三种模波束形成对声源深度分辨的结果。     

基于波束形成方法的货车车外加速噪声声源识别

综合基于波束形成的噪声源识别方法和外场车外加速噪声测量技术,构建一套完整的针对运动声源的车外加速噪声外场声源识别测试系统,给出了相应的测试计算流程与方法。利用该系统完成货车车外加速噪声声源识别试验,确定发动机为该货车车外加速噪声的主导噪声源,且对应最大噪声时刻发动机转速为２４００ｒ／ｍｉｎ。进一步的发动机噪声源识别结果表明：涡轮增压器、发电机、气缸盖罩是其主要噪声辐射源。     

A fast and high frame rate adaptive beamforming using DCT-based RF-line recovery in line-by-line ultrasound imaging

Ultrasound imaging is an important modality used in medical imaging. One of the significant stages in the ultrasound imaging is the beamforming process. This article proposes a new technique for reducing the overall computational time of adaptive linear ultrasound imaging. The method uses the discrete cosine transform-based reconstruction for missing data imputation. The novelty of the paper is that we do not need to beam-form the total scan lines, so the time of image construction can be saved significantly. In other words, a fraction of the total scan lines is selected for beamforming and the others are assumed to have values as Not-a-Number (NaN). The proposed reconstruction technique tries to assign appropriate values to the NaN ones. We applied the proposed method to the simulated and experimental radio frequency (RF) datasets for resolution and contrast evaluation. Results showed that the proposed technique is near to the minimum variance (MV) method in terms of resolution and contrast, and has less computational time for image formation compared to the MV. As some quantitative examples in some experiments we have formed only 50% and 33% of the total lines and reconstructed the rest, then we have been able to increase the frame rate twice and three times, respectively, which can be very useful in many applications, especially in echocardiography imaging. In addition, since the execution time of the reconstruction algorithm is not very significant, we were also able to increase the speed by two and three times while achieving an error of less than 10% compared to the case of using all image lines.     

基于近场波束形成法的声发射源定位研究

引入近场波束形成法处理声发射信号,研究在小区域布置少量传感器来实现声发射源定位的新方法.首先,利用板波理论进行声发射信号传播特性研究,对比了板中声发射信号与空气中声波传播的差异性,分析了波束形成法应用于声发射源定位的问题.并在板上进行断铅实验,验证了近场波束形成法进行声发射源定位的有效性.最后,在旋转机械碰摩模拟实验台上进行了碰摩实验,利用波束形成法进行碰摩声发射源定位,所提出的方法能有效地定位旋转机械初始碰摩位置.所得结果可为声发射源定位提供一种新途径.     

波叠加联合波束形成的局部声场重建技术研究

传统近场声全息是以快速傅里叶变换为基础的,在有限测量孔径条件下将产生窗效应和卷绕误差,因此一定程度上制约了其在工程上的应用。基于此,提出了一种基于波叠加联合波束形成的局部声场重建技术。首先利用波束形成对传声器阵列采集的声场信息进行分析计算,获得声源的具体位置;然后在该位置配置等效源,并利用迭代算法对局部声场的数据扩展;最后应用扩展后获得的声场数据进行重构。该技术只需要少量的传声器就可以方便快速的实现声场重建。在半消声室内采用两个音箱模拟声源进行研究,实验结果表明:在小测量孔径下该方法可以准确的重构外部声场,拓宽了近场声全息在工程中的应用范围。     

非一致性噪声条件下的特征空间波束形成

由于水声环境的复杂性,阵列的噪声分布可能是非一致性的。当阵元噪声功率各不相同时,阵列协方差矩阵特征分解得到的特征子空间与真实目标的特征子空间之间存在误差,导致特征子空间波束形成算法的性能衰减。文章提出了一种新的非一致性噪声条件下特征子空间的估计方法,将阵列协方差矩阵对角线置0,进行特征分解估计的特征子空间将不受阵元噪声非一致性的影响。将该方法应用到特征空间波束形成算法,提高了非一致性噪声条件下特征空间波束形成算法的方位分辨能力。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法

为了提高双线阵聚焦波束形成在阵元数少或频率低时的定位精度,文章研究了一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法。首先在测量区内对双线阵接收信号进行球面波补偿,给出噪声源分布的声图信息。然后根据阵型的参数,计算双线阵的指向性函数。最后利用一种适用于移变阵列的二维扩展R-L反卷积算法,对声图波束输出和双线阵的指向性函数做反卷积,求解基于反卷积波束形成的源的分布。该方法旁瓣更低,分辨力更高,有效提高双线阵聚焦波束形成的定位精度和左右舷分辨能力,为后续的减振降噪、噪声检测等工作提供了参考。     

基于复包络提取的波束形成方法

结合带通信号的特性,提出了一种基于复包络提取的波束形成方法。首先,提取各阵元接收的信号的同相分量和正交分量;其次,分别对上述同相分量和正交分量进行相移;最后再对移相之后的同相分量和正交分量进行延时相加,从而形成入射方向的波束。该方法有效降低了波束形成器的输入和输出采样率以及数字处理的复杂度。     

基于速度传递函数的噪声源分离方法研究

提出了一种基于速度传函的噪声源分离方法,并从理论上推导了该方法与TPA法之间的内在联系,发现基于速度传函的噪声源分离方法是TPA法在不考虑源耦合下的简化形式。由于噪声源处的振动速度可直接测量且无需预先测量任何阻抗或导纳参数,显著提高了基于速度传函的噪声源分离方法的分离效率。而现代舰船中隔振器的大量应用,大大削弱了不同源之间的耦合影响,为该方法的广泛工程应用提供了先决条件。最后通过管路马脚间噪声源分离实验证明了该方法的正确性