压缩波束形成声源识别的改进研究

凭借空间分辨率高、旁瓣衰减能力强等优势,压缩波束形成声源识别算法备受关注。传统方法直接最小化声源分布向量的l_1范数,重构声源分布与真实声源分布之间存在一定偏差,声源无法被直接准确量化。为改善该问题,给出迭代重加权l_1范数最小化方法,其迭代求解声源分布,且每次迭代中对声源分布向量进行加权。仿真及试验结果均证明:所给方法能有效降低传统方法的重构偏差,能直接用主瓣峰值准确量化声源强度,且空间分辨率更高、旁瓣衰减能力更强。     

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。     

基于CLEAN-SC清晰化波束形成的汽车前围板隔声薄弱部位识别

为提高波束形成识别汽车前围板隔声薄弱部位的精度,开发了CLEAN-SC清晰化波束形成声源识别软件。对多种已知模拟声源的识别结果表明:该方法能够显著提高分辨率、衰减旁瓣,更准确地识别单声源及不相干声源,且随迭代次数的增加收敛快、受传声器及通道频响失配等因素的干扰小。某汽车前围板的隔声薄弱部位识别试验结果表明:空调进气口左上角位置是主要薄弱部位,空调进气口内外循环转换阀与阀口贴合不紧密是根本原因。为改善其隔声性能指明了方向,验证了CLEAN-SC清晰化波束形成方法在汽车前围板隔声薄弱部位识别中的有效性及所开发软件的正确性。     

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。     

基于波束形成的水下声源精确测量

在开阔水域中进行移动声源的发射声源级校准时,声源的位置通常需要使用GPS、超短基线、惯性导航仪等仪器进行测量。校准实验结束后需要进行声源级校准数据和位置测量数据的时间轴校对。声压接收数据和声源位置往往不在同一条船上采集,进行数据处理前需要对两者进行时间轴校对。为了简化校对过程,提出了基于波束形成的水下声源远距精确测量,利用水面反射产生的虚源和真实声源位置间的几何关系对声源位置进行远距离精确测量,并推导了距离计算公式。通过数值仿真对理论的可行性进行了验证,并讨论了线列阵设计对该方法的影响。在湖上试验中进行了进一步验证,并分析了实验声场对定位算法的影响。在200 m范围内,该方法的定位结果同GPS定位结果间的差异小于1%,说明该方法可行。     

改进的波束形成算法及其在多声源定位中的应用

为提高多点声源工况的定位精确度及简化设备,对传统波束形成算法进行改进。引入改进扫描中的扫描向量并结合遗传算法对求解域内的非线性方程组进行求解,从而提高定位精度。基于改进算法,在消声室内采用空间星型(Y型)传感器阵列对不同声源进行定位,并将结果与传统算法定位结果进行比较。由比较可见:当多个声源相距较近时,这些源等效于单一点源,两种算法定位结果基本一致;但当声源相互距离增大时,改进算法可以有效提高定位精度,并准确定位多个源的位置。     

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。     

交叉层波束形成方法的发动机噪声源识别

发动机噪声源分布复杂,来源多,用人耳很难分辨,利用传声器阵列的噪声源识别技术可以为发动机噪声控制提供客观依据和指导。使用波束形成声源识别方法,对位于不同平面的多个声源进行了仿真识别,并研究了多维声源识别方法,使用交叉层法得到了声源定位的立体结果。结果显示,交叉层法可以有效消减或去除来自识别表面之外的声源在识别表面的虚假投影。最后,针对某发动机产品,使用平面传声器阵列对其上、前、左、右四个面分别进行一次变转速工况时域声压信号采集,使用互谱矩阵波束形成算法,得到各转速下发动机各表面的声源分布图像,并通过交叉层法得到了发动机表面声源的立体分布,准确将声源定位至发动机表面各部件。     

改进的相控阵多普勒计程仪波束形成技术

目前相控阵式多普勒计程仪的基阵体积比活塞式多普勒计程仪已经缩减了很多,该技术只需通过一个收发共用的平面基阵实现信号的发射和接收,可以同时形成4个方向的波束,大大减小了基阵的尺寸,同时还消除了声速变化对测速的影响。但在中深度和大深度多普勒计程仪设备中,换能器基阵的体积仍然限制了其适装的载体种类。以多普勒计程仪小型化思想为核心,分析了密排相控阵多普勒计程仪波束形成技术,对多普勒计程仪进行集成化、小型化设计。针对密排相控阵波束形成技术,比较其发射指向性、声源级、信噪比、系统复杂度与稀疏相控阵的差异。分析表明,在相同频率、相同发射功率以及相同尺寸的条件下,密排相控阵的收发联合响应较稀疏相控阵提高近6 dB。同时在相同测速作用距离的条件下,利用密排相控阵技术可以减少换能器阵元数,从而减小换能器尺寸,达到小型化的目的。     

关于波束形成

本文综述了时域和频域常规波束形成的算法,指出了其中存在的问题。最后选择了适合需要的频域波束形成法。     

宽带信号常规波束形成方位估计算法改进

1引言常规波束形成方法(CBF)分辨率较低,但同时也具有运算量低、稳健性高、不需要目标信号先验知识等优点,因而仍然得到广泛运用。围绕CBF分辨率的提高,产生了许多方法:H.Fan等人[1]是用外推     

密炼机的声源识别研究

一、前言 橡胶、树脂工业中广泛应用的密炼机,其组成部分除了机械传动和工作机构外,还有多种几何形状各异的板壳类结构,这给噪声源的诊断和噪声传播路径的分析带来了很多困难。为使密炼机新一代产品的噪声量级满足噪声控制标准的规定,本文对老产品的噪声源和噪声传播路径进行了综合诊断。根据近声场测试、机械结构振动测试、分段测试以及结构     

自适应声纳波束形成

舰用被动声纳的功能是接收水下声源的辐射噪声.如果这个水下声源是潜艇,那么就要尽可能多地收集关于它的信息,如:潜艇的类型、方位、距离、速度、航向及所在深度等.如果声纳系统是安装在寂静的载体上,并且接收到的只是目标噪声,那么达到上述目的并不是太困难的.     

自适应波束形成导论

本报告的目的是描述和比较 ABF(自适应波束形成)中采用的各种算法.本文主要是为需要了解自适应波束形成的人介绍基本知识.讨论了矩阵变换、梯度搜索和互相关矩阵的本征值分解等各方面的技术.波束形成导论给出矩阵表示式,并对性能判据作了阐述和比较.虽然各种算法的详细推导已被省略,但给出了方框图、假设、限制条件、结论和所有有用的资料.     

改进的超波束形成算法探讨及性能研究

为进一步提高超波束形成(Hyper Beam Forming,HBF)算法的性能,在传统的HBF基础上提出一种改进的HBF(Improved Hyper Beam Forming,Im-HBF)算法。将基于半阵指向性函数高阶运算修正到基于全阵指向性函数的高阶运算。仿真结果表明,Im-HBF算法具有更窄的主瓣,并且对端射来波信号栅瓣抑制能力更强,进一步提高了对目标的检测能力。同时,Im-HBF算法对指数n具有更为广泛的适用性,当指数n2时也能获得优于常规波束形成(Conventional Beam forming,CBF)的波束性能。     

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。     

基于高阶矩阵函数的广义逆波束形成改进算法

广义逆波束形成是一种高效的声源识别定位方法,然而其计算稳健性易受随机噪声影响,阻碍了其声源识别动力学水平进一步提高。为改善广义逆波束形成声源识别方法的稳健性,基于高阶矩阵函数提出一种广义逆波束形成改进算法:定义了基于广义逆波束形成的正则化矩阵;对正则化矩阵与波束形成输出进行迭代运算;利用高阶矩阵函数对迭代求解所得广义逆波束形成输出的互谱进行优化。通过数值仿真详细分析了声源频率对波束形成矩阵函数阶次取值的影响,得到阶次的最优取值区间。最后通过数值模型和实验算例对单极子与相干声源进行定位识别,结果表明:改进算法在准确识别声源基础上能有效抑制旁瓣干扰,且具有更高的声源识别精度。     

运行工况传递路径分析识别车内声源

传递路径分析是分析车辆噪声的重要手段,运行工况传递路径分析是对传统传递路径分析方法的改进。首先建立车内噪声的运行传递路径分析模型,介绍传递矩阵的求解算法。针对某乘用车车内噪声问题,进行运行工况下传递路径分析,获得各个声源对车内噪声的贡献率,为制定合理的车内降噪方案提供重要支持。     

SAVSTMV波束形成算法研究

矢量阵常规波束形成(Vector array Conventional Beam Forming,VCBF)能够消除普通单线阵左右舷模糊现象,但VCBF波束宽度受到"瑞利限"的限制,不能分辨同一波束内的多个目标。矢量阵导向最小方差(Vector array STeered Minimum Variance,VSTMV)波束形成算法是一种宽带自适应波束形成算法,具有高分辨力和抗干扰性能。VSTMV波束形成直接在阵元域进行,计算量较大且稳健性差,不利于实时实现和应用。提出一种分子阵VSTMV波束形成算法(Sub-Array Vector array Steered Minimum Variance,SAVSTMV),可有效降低计算量,算法稳健性更强。通过理论研究和仿真计算,证明该算法比矢量阵常规波束形成算法具有更好的性能,有利于实际应用。