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基于平面螺旋传声器阵列的声成像定位技术研究

张洪铭  
【摘要】:近年来,噪声治理问题越来越受到重视,噪声检测广泛应用在家电、汽车、船舶、飞机、机械制造等行业,通过噪声源定位和噪声源分离可以用来降低机器噪声,检测设备故障,国内外许多专家学者在噪声源检测方面做了不少理论研究和应用开发工作,提出来很多方法,如声压级近场测量法、选择隔声法、表面振速测量法、声全息法,这些方法各有局限性。随着阵列处理技术的发展,采用传声器阵列进行噪声源识别的技术日趋发展起来,其中阵型的选择和算法研究是传声器阵列进行声源定位的关键技术。本文在这两方面进行了理论研究和仿真对比,并在这基础上设计了基于平面螺旋的声成像定位系统。 本文的主要研究工作主要有以下几个方面: 1.研究了阵列基础理论,分析了阵列接收信号的数学模型,建立任意结构的阵列窄带信号模型,并推导了典型阵列的阵列流形。 2.深入分析了阵列结构对阵列波束指向性的影响,并仿真比较了各种规则阵列和不规则阵列,通过比较发现优化的螺旋形阵列的波束指向性最好,旁瓣级更低,从而有更好的空间分辨率高。 3.深入研究了常规波束形成算法,分析了束控和加权对波束指向性的影响,介绍了MVDR算法和MUSIC子空间算法,并与常规波束形成算法进行了仿真对比。 4.分别从硬件系统和软件实现介绍本课题组所研发的基于平面螺旋的声成像定位系统,并对各个性能指标进行测试。测试结果表明,声成像定位系统具有较高的空间分辨率和较强的抑制虚源能力,因此在噪声源的定位与提取、机器噪声故障诊断、噪声降噪等方面有较好的应用前景。


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