接收点移动的室外虚拟声场模拟研究与应用

声线跟踪算法是一种目前较为流行的基于几何声学声场模拟算法,但该方法依赖于特定接收点的位置,因此不能直接用于接收者处于不断移动状态的虚拟环境中。对此,提出一种步长法动态定义接收点位置的改进声线跟踪算法,有效解决了声场仿真中听音效果与计算效率的冲突问题,尤其适合于大规模室外虚拟环境中声场的模拟研究。并用Visual Studio2005和Matlab工具完成程序设计和结果处理,达到满意的听音效果和计算效率。     

环境噪声可视化中的声线追踪法

针对环境噪声声场建立及其可视化,研究了基于预测模型的声线追踪过程.首先提出线声源有约束二次离散算法,通过考虑声源周围障碍物群对线声源离散过程的影响,使离散结果能够较好地等效线声源能量的连续分布特性;其次给出了直达声线、绕射声线和反射声线追踪过程,提出针对反射路径树的二次剪枝算法来实现大范围多次反射求解,并给出剪枝判据.通过在噪声地图系统中的应用可以看出,该方法能较好地降低声源离散误差,并能在复杂城市环境下准确地对3类声线路径进行追踪.     

三维空间声场的计算机仿真

以声线跟踪法为理论基础，通过建立声场各要素（声源、声传播方式及接收者等）的计算机模型，构造出声源至接收点之间的滤波函数，由此模拟计算声场中不同点处的声场评价指标。用VisualC 和OpenGL编制了相应的计算机仿真程序，通过比较实测和仿真结果，验证了算法的正确性和可行性。     

浅海表面散射敏感核函数特性研究

海水表面因海浪等因素引起的水面散射会造成声场的扰动,为研究高频条件下海面起伏对接收声场的影响,基于表面散射敏感核函数(SSK)的推导结果,分别从声场的数值仿真和敏感核正演两个角度对接收声场的声压相对变化进行了分析.结果表明表面散射敏感核的空间分布特性与本征声线在水面反射的位置有关,通过线性分析说明了在较小的扰动范围内,...     

一种分层海洋中求取本征声线的新方法

提出了一种在恒定深度的分层海洋中计算本征声线的方法。该方法在跨度模型的基础上，将本征声线表示为三段声线跨度的组合，建立跨度方程组以确定本征声线。采用计算本征声线的方法，可以计算若干条本征声线的出射角、到达角、到达时间和传播损失。如果给定声源的辐射频率以及海底信息，还可以计算声线携带声波的强度和相位，这样在经典射线理论的基础上可以简明的描述声场分布，给水声通信时变特性分析和通信系统的设计奠定一定基础。     

跑道形线圈EMAT辐射声场关键影响因素研究

跑道形线圈是EMAT中一种重要线圈类型,由于其自身形状的特殊性,磁体配置方式与激励电流频率都对其辐射声场具有重要影响,所以首先建立跑道形线圈EMAT电－磁－声多场耦合有限元时域仿真模型,探究不同磁体配置方式下辐射声场的分布,然后建立频域仿真模型,研究激励电流频率对跑道形线圈EMAT辐射声场特性的影响,最后搭建EMAT辐射声场测量实验系统,对跑道形线圈EMAT辐射声场进行测量。研究结果表明:两种磁体配置方式的跑道形线圈EMAT具有类似辐射声场,但双磁铁配置下的跑道形线圈EMAT辐射声场能量更为集中,声场指向性更好。此外,随着激励电流频率的提高,跑道形线圈EMAT辐射声场能量降低,辐射声场扩散角减小,辐射声场能量更为集中。     

无线传感器网络中目标跟踪算法的OPNET仿真

目标跟踪是无线传感器网络在环境测控领域的一个重要应用.由于传感器节点的能量有限,因此研究能量有效的目标跟踪算法是非常关键的.前期提出了一种基于双重负反馈蚁群的目标跟踪算法,将能量消耗平均到多个节点上,避免了部分节点因为长期处于激活状态而过早的失效.通过在OPNET平台上对该算法进行仿真实验,进一步证明了算法在保证一定跟踪精度的前提下,可以实现能量的负载均衡,从而使网络存活时间得以延长.同时也验证了仿真平台的有效性.     

基于声线跟踪法开发超声无损检测动态仿真软件

以“声线跟踪法”为基础，运用面向对象的编程语言VisualC＋＋和三维场景开发工具OpenGL，按照面向对象的程序设计思想开发了超声波无损检测仿真软件。该系统实现了超声检测过程的三维可视化并对超声波传播路径和A型显示进行了较为准确的模拟。该文对仿真过程中的三维介质建模和传播路径模拟计算等关键问题进行了详细的讨论，采用CSG／B-Rep混合模型表示法对三维介质模型进行快速建模，并且采用声线跟踪法对传播路径进行较为准确的模拟。最后通过仿真实例，验证了算法的有效性。     

基于自适应动态簇和预测机制的WSN目标跟踪算法

无线传感器网络由大量能量有限的传感器节点组成,如何高效利用网络中节点的能量是无线传感器网络用于目标跟踪时研究的主要内容。合理构建动态簇可以有效降低网络的能量消耗,延长网络的生命周期,本文通过改进动态簇组建过程中簇头的选举和簇成员的征集过程,达到进一步节能的效果。其中,簇头的选择,综合考虑节点的能量和节点离目标的距离两个因素。簇成员的征集,同时考虑目标的移动速度和网络中节点的分布情况。同时,引入有效的预测机制,通过避免盲目的唤醒网络中的节点和降低跟踪延迟,可以进一步增强网络的跟踪性能,使跟踪过程更加有效和稳定。仿真结果表明本文算法在保证跟踪精度的前提条件下,可以有效节省网络中节点的能量。     

基于能量高效动态分簇的目标跟踪算法

目标跟踪是无线传感器网络中的一项基本应用,如何在保证高跟踪精度的前提下降低网络能耗、延长网络生命周期是目标跟踪的核心问题。为此,提出一种基于能量高效动态分簇的目标跟踪算法。从最大限度节省能量的角度出发,设计动态簇生成方法,利用无迹粒子滤波算法对目标进行跟踪,预测下一时刻目标的位置坐标,并根据预测结果给出簇头更换策略。仿真结果表明,与PPF和DPF算法相比,该算法不仅具有较高的目标跟踪精度,而且能有效降低网络能耗,延长网络寿命。     

混响环境下基于倒谱BRIR的双耳互相关声源定位算法

在实际封闭环境中,针对存在混响而导致声源定位性能下降的问题,提出一种基于倒谱双耳房间脉冲响应（Binaural room impulse response,BRIR）的双耳互相关声源定位方法.该方法通过从倒谱BRIR中减去混响分量,然后反变换到时域得到估计的脉冲响应,再与数据库中的头部脉冲响应（Head related impulse response,HRIR）进行互相关运算,最大互相关值相对应的位置就是所估计的声源位置.仿真实验结果表明,提出的算法能减少混响环境中带来的定位误差,提高声源定位的精度.     

Direct-to-indirect acoustic radiance transfer

We present an efficient algorithm for simulating diffuse reflections of sound in a static scene. Our approach is built on recent advances in precomputed light transport techniques for visual rendering and uses them to develop an improved acoustic radiance transfer technique. We precompute a direct-to-indirect acoustic transfer operator for a scene, and use it to map direct sound incident on the surfaces of the scene to multibounce diffuse indirect sound, which is gathered at the listener to compute the final impulse response. Our algorithm decouples the transfer operator from the source position so we can efficiently update the acoustic response at the listener when the source moves. We highlight its performance on various benchmarks and observe significant speedups over prior methods based on acoustic radiance transfer.     

可识别声源深度的三维声聚焦波束形成方法

当前平面传声器阵列结合波束形成方法进行声源识别定位时,存在不能确定声源相对全息测量阵列距离的问题,提出了可识别声源深度的三维声聚焦波束形成方法。基于球面波声场模型和波束形成方法,在不同深度的平面上进行声聚焦,首先根据聚焦面上波束形成功率的最大点位置沿聚焦深度方向（即z方向）的轨迹变化判断声源在z方向的位置,再进一步确定声源在x和y方向的位置。为验证方法的有效性,在点声源构成的声场中进行了仿真验证,并且在全消声室内进行了单声源及多声源识别定位的实验验证。仿真结果和实验结果一致表明：该方法能够实现基于平面阵列的三维空间中声源的识别定位。     

基于麦克风阵列的室内三维声源定位优化算法

针对基于相位变换加权的可控响应功率(Steered Response Power-PHAse Transform,SRP-PHAT)定位算法精度高但实时性差的问题,本文引入基于到达时间差(Time Difference Of Arrival,TDOA)的定位算法以提高实时性,提出一种基于TDOA和搜索空间聚类(Search Space Clustering,SSC)优化的SRP-PHAT的组合算法?搜索空间收缩聚类算法.该算法先利用TDOA定位算法经过离群值校正后得到声源在方向角和径向距离上的估计范围,之后根据估计声源范围进行搜索区域收缩,最后利用SRP-PHAT-SSC算法在收缩区域内进行细粒度(5 cm)的空间搜索计算,得到估计声源的三维坐标.本文采用五元麦克风阵列,利用虚源法模拟室内声场,通过Matlab对声源进行了三维定位仿真.实验结果表明,改进后的算法与基于SRP-PHAT的全网格搜索(Full Grid Search,FGS)算法和SSC算法相比,在三维定位上的实时性和鲁棒性都得到了提高.     

自适应消除干扰的新算法(使用矩阵奇异值分解)

本文提出一种自适应消除干扰的新算法(使用矩阵的奇异值分解SVD定理).该算法先 由参考输入的自相关函数及参考输入与主输入之间的互相关函数,估计出自适应滤波器的脉 冲响应,然后由矩阵的奇异值分解定理计算滤波器的系数.文中并给出计算滤波器脉冲响应 的一种递推算法.在数字计算机上的仿真结果说明了该算法的特性.     

Segmentation, Indexing, and Retrieval for Environmental and Natural Sounds

We propose a method for characterizing sound activity in fixed spaces through segmentation, indexing, and retrieval of continuous audio recordings. Regarding segmentation, we present a dynamic Bayesian network (DBN) that jointly infers onsets and end times of the most prominent sound events in the space, along with an extension of the algorithm for covering large spaces with distributed microphone arrays. Each segmented sound event is indexed with a hidden Markov model (HMM) that models the distribution of example-based queries that a user would employ to retrieve the event (or similar events). In order to increase the efficiency of the retrieval search, we recursively apply a modified spectral clustering algorithm to group similar sound events based on the distance between their corresponding HMMs. We then conduct a formal user study to obtain the relevancy decisions necessary for evaluation of our retrieval algorithm on both automatically and manually segmented sound clips. Furthermore, our segmentation and retrieval algorithms are shown to be effective in both quiet indoor and noisy outdoor recording conditions.      

一种频率域相关性分布式扩散最小均方算法

以均方误差为代价函数的最小均方（LMS）自适应滤波算法具有结构简单、易于实现、计算复杂度低、稳定性好等优点,然而在对未知系统的脉冲响应进行估计时,传统的分布式扩散最小均方（DLMS）算法易受到噪声的干扰,从而降低估计精度。针对该问题,提出一种频率域相关性分布式扩散最小均方（FCDLMS）算法。利用不相关信号的相关函数值趋近于零的性质,在DLMS算法基础上分别将输入信号的自相关函数以及输入和期望信号的互相关函数作为新的观测数据,消除噪声干扰,从而给出相关性DLMS （CDLMS）算法,并将算法扩展至频率域,在频率域中使用乘法运算而非卷积运算来更新抽头系数,减少计算复杂度。实验结果表明,与传统DLMS算法相比,频率域相关性分布式扩散最小均方算法在噪声环境下对分布式自适应网络中的未知系统脉冲响应具有更好的估计结果,算法性能更优,同时也能较好地适应多抽头数、多节点数、强噪声的复杂环境。     

基于声场辐射的铝板冲击载荷信号反演

在结构健康监测中获取结构响应是非常重要的。基于由载荷引发的结构损伤问题,通过对铝板上的冲击载荷产生的声场进行研究来获取结构响应。通过声模态叠加法模拟出声场模型,运用近场声全息技术反演声场,分析声场信息;然后通过设计反演算法来实现对载荷冲击信号的反演,为结构损伤的分析评估提供一个参考因素;最后,选定激励信号对载荷冲击信号进行模拟,结合声场的正向重建和逆向重建过程,得到反演信号,并与原信号进行对比,验证了该方案的可行性。