【摘要】：本文研究的聲源識(shí)別方法以內(nèi)積運(yùn)算為基礎(chǔ),通過對(duì)傳聲器陣列測(cè)得的時(shí)域聲壓信號(hào)進(jìn)行頻譜分析,計(jì)算出聲源頻率,得到各陣元接收聲壓信號(hào)的頻域聲壓值,將各陣元的頻域聲壓值按傳聲器陣列順序整合為聲壓向量;根據(jù)診斷出的聲源頻率和點(diǎn)聲源輻射理論構(gòu)建虛擬點(diǎn)聲源,計(jì)算虛擬點(diǎn)聲源輻射在傳聲器陣列面上的頻域聲壓值,按照傳聲器陣列順序,將各陣元的頻域聲壓值整合為虛擬聲壓向量并歸一化處理,得到虛擬聲壓基向量;將實(shí)際聲壓向量與虛擬聲壓基向量作內(nèi)積運(yùn)算,根據(jù)柯西-施瓦茨不等式,當(dāng)內(nèi)積模達(dá)到最大值時(shí),虛擬聲壓基向量與實(shí)際聲壓向量線性相關(guān),此時(shí)虛擬點(diǎn)聲源位置和目標(biāo)聲源位置重合。文中對(duì)基于內(nèi)積運(yùn)算的聲源識(shí)別方法理論進(jìn)行了總結(jié),通過仿真算例,證明該方法可以準(zhǔn)確地識(shí)別出目標(biāo)聲源的位置和強(qiáng)度。為更好地將本方法推廣到實(shí)際工程應(yīng)用中,從定位識(shí)別精度、識(shí)別分辨率和對(duì)旁瓣的抑制能力方面,展開對(duì)本文方法的特性研究。在相同傳聲器數(shù)目和陣列尺寸的前提下,將傳聲器布置為十字陣列、圓形陣列、矩形陣列,對(duì)同一目標(biāo)聲源進(jìn)行識(shí)別定位;對(duì)比了高中低頻下的聲源識(shí)別效果,并結(jié)合平面矩形傳聲器陣列分析了陣列尺寸、傳聲器間隔及測(cè)量距離對(duì)識(shí)別分辨率的影響,證明基于內(nèi)積運(yùn)算的聲源識(shí)別方法在不同的聲源頻率、陣列尺寸、傳聲器間隔和測(cè)量距離下對(duì)單點(diǎn)聲源均具有較好的識(shí)別效果;探討了不同信噪比下的聲源識(shí)別效果,仿真結(jié)果表明,該方法具有良好的抗噪能力。在聲波滿足疊加原理的前提下,探討了當(dāng)目標(biāo)聲源附近存在一個(gè)具有相同聲輻射頻率的干擾聲源時(shí),基于內(nèi)積運(yùn)算的聲源識(shí)別方法的識(shí)別效果。仿真算例表明,當(dāng)兩個(gè)聲源的間距逐漸縮小時(shí),聲源間的相互干擾作用逐漸增強(qiáng),兩個(gè)聲源的聲壓向量在內(nèi)積模最大值中的權(quán)重相當(dāng),此時(shí),通過內(nèi)積迭代相減運(yùn)算無法識(shí)別出兩個(gè)聲源。為消除兩個(gè)近距離聲源之間的相互干擾,提高識(shí)別精度,本文提出利用標(biāo)準(zhǔn)正交系消除干擾的聲源識(shí)別方法,該方法按照診斷出的聲源頻率,構(gòu)建兩個(gè)虛擬點(diǎn)聲源,分別計(jì)算兩個(gè)虛擬點(diǎn)聲源輻射在陣列面上各陣元的頻域聲壓值,將各陣元的頻域聲壓值按照陣列順序進(jìn)行向量化處理,得到兩個(gè)虛擬聲壓向量,通過施密特正交化,將兩個(gè)虛擬聲壓向量構(gòu)建為標(biāo)準(zhǔn)正交系,將實(shí)際聲壓向量分別與標(biāo)準(zhǔn)正交系中的兩個(gè)向量做內(nèi)積運(yùn)算,并求內(nèi)積模的平方和,建立關(guān)于虛擬聲源位置坐標(biāo)的目標(biāo)函數(shù),根據(jù)貝塞爾不等式,當(dāng)兩點(diǎn)聲源的合成聲壓向量與標(biāo)準(zhǔn)正交系線性相關(guān)時(shí),目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最大值,由此將兩點(diǎn)聲源的識(shí)別定位轉(zhuǎn)化為搜索目標(biāo)函數(shù)的最大值。通過仿真算例,證明該方法可以有效消除近距離兩點(diǎn)聲源之間的互相干擾,提高聲源識(shí)別精度。在半消聲室進(jìn)行單點(diǎn)聲源和兩點(diǎn)聲源的識(shí)別定位試驗(yàn),利用BK-3560D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)合矩形傳聲器陣列采集聲壓數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB后處理,運(yùn)用本文方法進(jìn)行識(shí)別定位,計(jì)算結(jié)果表明,基于內(nèi)積運(yùn)算的聲源識(shí)別方法可以有效地識(shí)別出目標(biāo)聲源的位置和強(qiáng)度,具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB53

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2532889