基于麦克风阵列的近场声源定位子阵算法研究

基于麦克风阵列的声源定位技术在通信、语音处理等领域得到广泛的应用.结合远场窄带信号的子阵算法和麦克风阵列信号处理的特点,提出了基于麦克风阵列的声源三维定位子阵算法.根据室内环境噪声分布特点,把阵列分成两个位置不同的子阵,调节子阵的位置,使阵列接收相同的语音信号和不相关的方向噪声,利用两个子阵的互相关矩阵,实现声源定位.该算法能够抑制混响、干扰等非高斯百噪声,提高声源定位系统的性能.仿真结果表明,该算法比声源三维定位MUSIC算法有更好的定位性能.     

基于2D-MUSIC算法L型声阵列的轴承故障研究

随着传感器阵列技术的发展,越来越多阵列技术用于设备的故障诊断研究中。针对设备中多滚动轴承诊断中故障的定性与定位问题,开展了基于2D-MUSIC算法L型声阵列的轴承故障定位理论仿真研究,旨在进行阵列参数的优化。根据滚动轴承声学信号特性,进行L型麦克风阵列下利用2D-MUSIC算法对双声源信号进行仿真计算,通过改变信噪比、阵元间距以及阵元数量等参数进行仿真分析,确定最优声阵列参数。仿真结果表明,在两个信号源确定的情况下,通过优化阵列参数可以提高其故障定位分辨率并对声源定位系统进行优化。研究对于有轨机车多轴承驱动系统轴承故障的快速定位和实时诊断技术有较好的理论指导意义。     

基于QPSO的微基线声阵列优化布设方法

针对单兵声目标探测中,由于麦克风拓扑结构优化不足,造成目标定位精度低的问题,提出了一种基于量子粒子群算法的声阵列优化布设方法。首先利用量子粒子群全局搜索的优势,将麦克风声阵列坐标作为搜索粒子,在预设区域内进行全局寻优;其次利用均方根误差构造粒子搜索的适应度函数,得到最佳位置评价准则;最后进行数值仿真,通过环形全向声源定位实验,对比不同麦克风拓扑结构的定位性能。实验结果表明,与规则布站方式相比,优化后的阵列定位精度有明显的提升,其中几何精度因子降低至1.470 2 m,克拉美-罗下界减小至1.281 0 m,球概率误差缩减至1.4 m。为我国单兵高精度声源定位、态势感知提供有力的理论支撑。     

基于麦克风阵列的声源识别研究

基于波束形成的麦克风阵列声源识别技术存在识别低频声源分辨率低、识别高频声源易产生空间混叠的问题,影响了声源识别的准确性.采用改变麦克风阵列中心位置和调整测量距离来提高低频声源识别分辨率,并采用旋转麦克风阵列进行多次测量的方法来抑制高频声源识别中的空间混叠,达到使用较少麦克风提高声源识别性能的目的.     

基于天幕靶与声靶的入靶参数检测及性能分析

为了准确检测弹丸的入靶参数,提高精度靶检测性能,在分析弹丸定位算法的基础上,建立基于天幕靶与声靶的五元定位模型,进一步提出一种弹丸入靶参数检测算法。根据模型间各阵元的矢量关系,推导出弹丸入靶参数的计算公式,实现弹丸入靶参数检测。利用阵列参数,偏航角和弹丸入靶坐标点到阵元中心距离与定位性能关系,对测距测向精度进行分析。结果表明,该算法弹丸入靶坐标最大误差为1.41%,方位角最大误差为1.23%,具有较好的弹丸入靶参数检测效果。     

近场声源三维定位MUSIC算法研究

信号到达方向(DOA)估计是阵列信号处理的最主要目的之一,基于语音阵列的DOA估计与传统的窄带远场信号的DOA估计在信号模型和处理方法上有很大区别.本文把经典的MUSIC算法推广到语音阵列处理中,实现了声源三维定位.该算法的基本思想是:把宽带语音信号通过短时傅立叶变换转换为独立离散频率点,利用MUSIC算法求出每个/部分频率点的空间谱矩阵,然后加权平均这些空间谱矩阵.通过搜索该平均空间谱矩阵,找到信号源的位置.最后,在16元均匀圆环阵的情况下,选用双语音信号源进行了仿真.仿真结果表明,该算法定位性能优良.     

基于互相关算法的声源定位小车设计

基于互相关算法的声源定位小车以 TC264DA 为核心微处理器,通过 MAX9814麦克风传感器、多激光传感器获取距离,结合三麦克风阵列,经二阶低通滤波器获取声源信号后,采用软件 FFT 和硬件 FFT 级联进行广义互相关运算,得出声源距离差,最终通过 TDOA 定位法计算出声源角度,并控制小车运动.     

基于麦克风阵列的智能监控系统

为了实现多种公共场合的、高效率智能化监控,设计了基于麦克风阵列的智能监控系统.系统采用传统声源定位原理与二自由度云台控制相结合的方法,运用到达时间差的时延估计(TDOA)算法进行声源定位,并且控制云台锁定声源方向摄像头,完成对来自声源方位的环境实时拍摄.系统硬件由麦克风阵列、声音采集和处理电路、二自由度云台机构等部分组成.系统具有显示和输入功能,既能显示声源位置,又可以通过输入设备对系统进行设置.整个系统采用电池供电,结构简单,通过实验验证系统定位速度快、精度高、抗干扰性强,可以实现智能监控功能.     

基于改进MUSIC的声源定位方法

为设计更有效的声源定位方法,深入研究了传统 MUSIC 算法,并针对其分辨率低且在麦克风数目较少时波达方向 (direction of arrival,DOA)估计精度较差等问题,对传统 MUSIC 算法进行了优化,利用广义互相关算法估计出声源信号到达各 麦克风之间的时间差,并据此构建出对应的矢量信号,最后通过计算谱函数确定 DOA 估计值。 仿真和实验结果表明,优化后的 MUSIC 算法可以得到更加尖锐的指向性波束,更低的旁瓣,并且能使方位角的定位精度达到±4°,俯仰角的定位精度达到±5°。     

基于圆环形超声阵列传感器的局放定位系统开发与实验研究

局部放电超声阵列定位方法是一种将超声阵列传感器与阵列信号处理技术相结合的局放定位新方法。文章开发了一套基于圆环形超声阵列传感器的局放定位系统,首先设计研制了超声阵列传感器阵元与阵列传感器装配体,组合后可得到九元和十六元的圆环形超声阵列传感器,并据此搭建了一套局放定位实验系统;然后结合现有局放超声阵列定位方法,开展了大量的局放定位实验研究。结果表明,局放定位系统可以有效实现对局放源的空间定位,满足工程需要。     

用于变压器中局部放电定位的十字形超声阵列传感器研究

局部放电是电力变压器绝缘劣化的主要原因,研究局部放电定位对提高电网的安全运行很有帮助。该文研制了一种用于电力变压器局部放电定位的复合传感器,并针对该传感器进行了定位仿真和实验。复合传感器由共形的13阵元十字形超声波传感器阵列和2×2阵元的超高频传感器阵列组成。应用高阶累积量处理技术对十字形超声阵列进行虚拟扩展,扩展后阵列具有61个阵元的阵列性能,提高了超声阵列的孔径和方向性锐度,这极大减少了后续硬件电路和成本。利用扩展超声阵列配合超高频阵列来仿真局部放电定位,结果表明扩展阵列具有很好的定位效果。在噪声背景下与多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)方法作了比较,结果表明高阶累积量处理技术能更好地抑制各种高斯色噪声的干扰。基于该十字形超声波阵列传感器进行了局部放电定位实验,结果表明扩展后的十字形超声阵列能精确地定位局部放电,定位的相对误差小于5%。对较少数目阵元的阵列实施虚拟扩展技术,为阵列技术在电力设备上的实用化提供了可能性。     

利用超声相控阵的油中局部放电定位实验分析

局部放电定位检测是电气设备绝缘机理研究与质量监控的关键项目,是状态维修的重要基础。局部放电的超声阵列定位方法从理论上实现了对传统超声定位方法的有效改进,但在实验研究中往往会遇到由于阵列传感器多阵元耦合性能不一致、多次测向结果不一致以及双平台测向交叉定位原理不合理等导致定位成功率低及定位精度下降的实际问题。为此,提出了3种实用方法与技术对其进行改进和完善:一是采用铅笔芯测试技术进行超声相控阵多阵元的耦合性能测试,提高定位成功率;二是对同一位置采取多次测向、加权平均的方法提高同一位置测向精度;三是采用多平台测向、全局搜索定位的方法提高局放源的定位精度。最后,搭建了一套基于超声相控阵的油中局部放电定位实验系统,开展实验研究。实验结果表明,定位误差10 cm,验证了上述3种方法可以有效提高局放超声阵列定位的成功率及定位精度。     

用于油中局部放电定位且可重复布置的超声阵列与超高频复合传感器设计

局部放电(PD)是电力变压器绝缘劣化的主要原因,对局部放电进行定位有助于加强电力系统的安全运行。为此,研制了一种用于变压器中局部放电定位的、可重复布置的复合传感器,并对它进行了实验研究。该传感器由13阵元的L形超声阵列与超高频电磁传感器共形地组成,应用高阶累积量处理技术对L形阵列进行扩展后可使之具有97个虚拟阵元的性能,提高了超声阵列的孔径和方向锐度。在局部放电实验平台上进行了定位实验,结果表明该复合传感器能很好地识别及定位单个或多个局部放电源,定位的平均相对误差分别为2.1%和5.1%。对较少阵元数的阵列实施虚拟扩展利于形成微型化复合传感器,为阵列技术在电力设备监测中的实用化奠定了基础。     

大型变压器局部放电多目标定位实验

为了解决大型变压器内部局部放电源难以准确定位的问题,进行了以变压器内部同时存在多个放电源的定位为对象,通过传感器阵列接收放电源辐射的超声波信号,应用阵列信号处理技术中的空间谱估计理论,分析阵列传感器所接收信号的特征信息,实现局部放电的多目标定位的研究。研制了4阵元均匀等间隔线阵,建立了局部放电定位实验系统,针对单放电源和二个放电源的不同情况,对放电源空间位置进行了定位模拟实验。实验结果表明,该法具有良好的定位准确度,能有效地估计出变压器内多个放电点的空间位置,可实现电力变压器内部多局部放电源的定位,为变压器内多局放源的定位建立了实验研究基础。     

基于L型阵列传感器的局放超声定位实验研究

电气设备局部放电超声阵列定位方法是将超声阵列传感器与阵列信号处理技术应用于局部放电超声定位的一种新方法,具有较高的可靠性,能准确实现局放源的空间定位。实验设计研制了超声阵列传感器阵元与阵列传感器装配体,组合得到L型超声阵列传感器,并搭建了一套局放超声定位系统。结合现有的局放超声阵列定位方法,开展了大量的单、双局放源的定位实验研究。结果表明,L型阵列传感器可有效实现对局放超声信号的检测及局放源的空间定位,满足工程需要。     

基于DOA估计的GIL击穿放电定位方法研究北大核心CSCD

针对传统的GIL击穿定位方式测试过程复杂、定位精度较差的问题,采用基于传声器阵列的空间谱估计技术对GIL击穿信号源的位置进行了识别研究。通过连续小波变换对击穿信号进行时频域的联合分析,构建多分辨率时频阵列信号模型并引入到传统MUSIC算法中以提高对GIL击穿信号的DOA估计精度,通过数值模拟对算法的定位效果进行了分析,仿真结果表明结合连续小波变换的MUSIC算法对于瞬态击穿信号有更好的定位效果。采用8阵元的直线阵列在某高压大厅的GIS模型上代替GIL进行耐压击穿定位试验研究,基于连续小波变换的MUSIC算法结合双阵列平台交叉定位对GIL击穿信号源的定位误差小于10 cm,试验结果表明该方法可应用于GIL的击穿定位。     

基于阵列时延库的变压器局放超声阵列定位研究

针对电力变压器局部放电超声阵列检测法存在定位精度的问题,建立了一种阵列时延库,该时延库建立的基本思想是以阵列传感器中心阵元为原点,将变压器模型在三维空间以1 cm间距等分成若干网格,在每一个网格交点处假设放电源并求出放电源点到阵列传感器各阵元的时延组建成库,通过基于遗传算法的空间搜索,匹配阵列时延库中与真实阵列时延相似度最高的放电源点作为局放源位置,大量实验研究表明该方法的误差在4 cm之内,定位效果理想,证明了该方法的可行性。     

基于复合阵列传感器的应用射线追迹反推变压器中局部放电源

研制了将25阵元十字型超声阵列和2×2阵元特高频阵列共同构成复合阵列传感器。研究了适用于复合阵列传感器的定位算法。将特高频阵列虚拟扩展为13阵元,超声阵列虚拟扩展为193阵元。利用扩展的特高频阵列由双边相关变换算法来预估局部放电源的方位,根据预估结果再对扩展的超声阵列使用旋转信号子空间算法进行精确定向。为了提高单一阵列在局部放电定位中定向成功率和精度,以特高频信号为例,利用基于几何光学与一致性几何绕射理论的射线追迹法研究了对局部放电辐射电磁波轨迹的反演。在变压器模型中的局部放电定位试验表明,基于复合阵列传感器的定位算法对局部放电产生的宽带信号有良好的适应性,以及对局部放电辐射电磁波的追迹反演使定位精确度与成功率均远大于单一阵列的结果,发挥了特高频阵列灵敏度高而超声阵列定向精确度高的优点。     

基于刚性圆柱上均匀圆阵的改进MUSIC算法

探讨了存在障碍物时声源波达方向估计问题。以环绕在刚性圆柱上的均匀圆阵为阵列模型,从声波的传播和扩散原理出发,在对声场特性的分析中将声学原理和阵列信号处理技术相结合,分析了刚性圆柱体散射声场及其分解,以及刚性圆柱体对圆阵响应的影响,在对声场分解所得到的特征波束空间,利用实值MUSIC算法实现了声源波达方向估计。该算法能较好地估计出空间多个声源的波达方向,并且具有计算量小,估计精度高和解相关声源的能力。计算机仿真结果验证了算法的有效性。     

基于多平台测向及全局搜索的局部放电超声阵列定位方法

局部放电定位检测是电气设备绝缘机理研究与质量监控的关键项目,是状态维修的重要基础,局放超声阵列定位方法可有效提高定位成功率及定位精度。传统方法中"测向交叉"原理会出现"异面不相交"和"误差累计"情况,降低了定位精度,据此,论文提出了一种基于多平台测向及全局搜索的阵列定位新方法。该方法首先以空间中到各条测向线距离和的最小值对应的点为局放源,再根据多次测向方位角、俯仰角结果及传感器位置,推导局放源坐标方程。然后采用云优化算法进行全局搜索,实现局放源的空间定位,有效地提高了局放超声阵列定位精度。最后搭建了局放超声阵列定位实验系统,开展了大量实验研究,实验结果验证了方法的正确性与优越性。