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传声器阵列特征值滤波去噪方法

声学学报 2021年第3期46卷 335-343页

作者：余亮潘铮陈正武蒋伟康上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 哈工智能中央研究院上海201100 中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室绵阳621000

作为二阶统计量的互谱矩阵(CSM)是声学成像算法的核心输入量。为增强传声器阵列的去噪表现,研究了互谱矩阵特征值滤波的机理,并提出了两种新型的特征值滤波方法的设计准则:(1)声源互谱矩阵的Stein无偏风险估计(SURE收缩),即基于SURE准... 详细信息

作为二阶统计量的互谱矩阵(CSM)是声学成像算法的核心输入量。为增强传声器阵列的去噪表现,研究了互谱矩阵特征值滤波的机理,并提出了两种新型的特征值滤波方法的设计准则:(1)声源互谱矩阵的Stein无偏风险估计(SURE收缩),即基于SURE准则的特征值软阈值收缩;(2)进一步提高声源互谱矩阵EYM(Eckart-Young-Mirsky)估计误差的最优收缩(Opt-Shrinkage)方法,即对声源特征值所含有的噪声进一步去除。然后,在3000个快照数,0 dB信噪比(SNR),100个传声器的环境下进行仿真。通过仿真,与经典的MUSIC方法比较原声源信号与去噪后信号的互谱矩阵对角线误差,其中MUSIC方法的互谱矩阵对角线误差为74.15%,SURE收缩为41.97%,最优收缩为20.62%。并通过改变快照数、声源数与SNR,对比了不同特征值滤波去噪方法的效果。从仿真结果上看,在少声源(少于40个)工况下SURE收缩方法的去噪效果优于MUSIC方法与最优收缩方法;在声源数超过42个后,最优收缩方法取得更显著的效果。最后,在3个声源、60个传声器数、-5 dB信噪比的声源定位实验中,SURE收缩与最优收缩均获得了相比MUSIC方法更好的去噪效果。研究表明在现有传声器阵列特征值滤波方法的基础上,对特征值的进一步处理可以得到更好的去噪效果。

关键词：声源定位传声器阵列特征值

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传声器阵列对高频弱声源的声成像识别方法

声学学报 2015年第1期40卷 90-96页

作者：钱正莲杨亦春余立志滕鹏晓韩宝坤王昌田山东科技大学机械电子工程学院青岛266510 中国科学院声学研究所噪声与振动重点实验室北京100190 湘潭大学信息工程学院湘潭411105

研究了传声器阵列对高频弱声源的识别定位方法。该方法根据高频声源的指向性和阵列探测特性等特点，提出了利用信噪比加权方法提高有效阵元对声成像的贡献，根据信噪比的大小对每个阵元添加不同的权值，可以显著提高传声器阵列对高频弱... 详细信息

研究了传声器阵列对高频弱声源的识别定位方法。该方法根据高频声源的指向性和阵列探测特性等特点，提出了利用信噪比加权方法提高有效阵元对声成像的贡献，根据信噪比的大小对每个阵元添加不同的权值，可以显著提高传声器阵列对高频弱声源的声像清晰度。仿真分析了阵元加权和不加权两种方法对阵列声成像结果的影响，以某型号笔记本电脑电路板噪声为对象进行的实验表明，在阵列测量中充分利用有效阵元信号可以实现对声压级低达10--20dB的微弱噪声源的精确测量。

关键词：传声器阵列识别方法噪声源声成像高频加权方法笔记本电脑阵元对

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传声器阵列近场波束算法鲁棒性研究

南京大学学报（自然科学版） 2014年第1期50卷 46-53页

作者：张志飞卢晶邹海山南京大学声学研究所南京210093

传声器阵列近场波束算法一般都以理想的声场模型进行参数优化,而理想模型在实际应用场景中会受到较大的干扰.本文通过房间声场模型分析阵列在近场的干扰分布,并讨论不同的干扰分布模型对鲁棒性近场波束算法性能的影响.论文还进一步通过... 详细信息

传声器阵列近场波束算法一般都以理想的声场模型进行参数优化,而理想模型在实际应用场景中会受到较大的干扰.本文通过房间声场模型分析阵列在近场的干扰分布,并讨论不同的干扰分布模型对鲁棒性近场波束算法性能的影响.论文还进一步通过仿真和实验比较了几种较为通用的鲁棒性阵列算法的性能.

关键词：传声器阵列近场波束房间声场

改进粒子群算法的立体传声器阵列声成像系统阵形优化设计

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声学学报 2013年第5期38卷 555-562页

作者：陈日林周昌国滕鹏晓杨亦春中国科学院声学研究所噪声与振动重点实验室北京100190

提出改进的粒子群优化算法,获得波束方向图主瓣宽度和旁瓣级折中的优化立体阵形,避免基本实数粒子群算法仅采用旁瓣级或主瓣宽度一个性能指标优化而导致另一个性能指标恶化的问题,利用阵列视角限制进一步优化立体阵形并设计了声成像测... 详细信息

提出改进的粒子群优化算法,获得波束方向图主瓣宽度和旁瓣级折中的优化立体阵形,避免基本实数粒子群算法仅采用旁瓣级或主瓣宽度一个性能指标优化而导致另一个性能指标恶化的问题,利用阵列视角限制进一步优化立体阵形并设计了声成像测量系统。改进的粒子群算法与基本粒子群算法仿真优化阵形比较表明改进粒子群算法设计的优化阵形在保持较窄的主瓣宽度的条件下具有较低的旁瓣级。阵列声成像测量系统的性能测量分析结果表明该系统的空间分辨率和旁瓣抑制能力与理论结果接近,验证了所提算法的有效性。

关键词：改进粒子群算法传声器阵列优化设计成像系统立体阵粒子群优化算法主瓣宽度性能指标

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基于四元传声器阵列的声源全方位定位算法

仪器仪表学报 2018年第11期39卷 43-50页

作者：行鸿彦杨旭张金玉南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室南京210044

为了准确定位声源所在空间位置,解决声源方位计算产生盲区问题,在分析方位估计算法基础上,建立四元传声器阵列模型,将各阵元间的相对位置关系转化为三维坐标,提出了一种声源全方位定位算法。将声源所在位置划分为4种情况进行研究,利用... 详细信息

为了准确定位声源所在空间位置,解决声源方位计算产生盲区问题,在分析方位估计算法基础上,建立四元传声器阵列模型,将各阵元间的相对位置关系转化为三维坐标,提出了一种声源全方位定位算法。将声源所在位置划分为4种情况进行研究,利用声源传播到各阵元时延值,对声源所在方位进行反演,得到声源坐标和角度。对定位性能进行分析,实验结果表明,该算法能有效对声源进行定位,坐标和水平偏角误差率约为5%,仰角误差率约为10%,具有较好的定位效果。

关键词：声源定位方位估计传声器阵列

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球形传声器阵列三维波束形成性能

农业工程学报 2012年第11期28卷 80-85页

作者：褚志刚杨洋重庆大学机械工程学院重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 同济大学汽车学院上海201804

为分析球形阵列结构参数对三维波束形成声源识别性能的影响,基于延迟求和波束形成理论,仿真分析了主瓣宽度和最大旁瓣水平随阵列直径的变化规律,结果表明:在传声器布置形式一致的情况下,直径越大,阵列空间分辨率越好,但对旁瓣抑制能力越... 详细信息

为分析球形阵列结构参数对三维波束形成声源识别性能的影响,基于延迟求和波束形成理论,仿真分析了主瓣宽度和最大旁瓣水平随阵列直径的变化规律,结果表明:在传声器布置形式一致的情况下,直径越大,阵列空间分辨率越好,但对旁瓣抑制能力越弱;模拟计算了5种典型球形阵列的阵列模式径向投影及最大旁瓣水平,结果显示:传声器均匀分布球形阵列的性能最好,在50～100rad/m的波数范围内,最大旁瓣水平约为-12dB,在波数高达220rad/m时最大旁瓣水平也低于-6dB。提高球形阵列传声器分布的均匀程度和密集程度能显著提高阵列性能。

关键词：传声器阵列波束形成声学成像性能分析

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基于能量损失率估计的传声器阵列语音增强

声学学报 2009年第3期34卷 281-288页

作者：廖逢钗李鹏徐波三明学院数学与计算机科学系福建365004 中国科学院自动化研究所数字内容技术研究中心北京100190

在延时相加波束形成和维纳滤波技术的基础上,提出了一种基于能量损失率估计的传声器阵列后滤波语音增强算法。该算法通过检测线性不等间距传声器阵列中各嵌套子阵在波束形成前后的能量变化来估计维纳滤波器的权系数,实现了语音增强的目... 详细信息

在延时相加波束形成和维纳滤波技术的基础上,提出了一种基于能量损失率估计的传声器阵列后滤波语音增强算法。该算法通过检测线性不等间距传声器阵列中各嵌套子阵在波束形成前后的能量变化来估计维纳滤波器的权系数,实现了语音增强的目标。在仿真数据集上的实验评估表明,相比原始语音,该算法增强后的语音在信噪比、对数谱距离和感知质量等指标上平均分别改善了17.1 dB,1.001和0.935,具有很好的应用前景。

关键词：语音增强算法传声器阵列能量变化损失率估计维纳滤波器滤波技术波束形成

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任意构型传声器阵列声源定位方法

西安交通大学学报 2020年第4期54卷 186-192页

作者：贺谦韩凯冯建民樊俊铃中国飞机强度研究所西安710068 全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安710068

针对飞机结构静力/疲劳试验中,通过准确定位结构异常声响及时发现结构损伤的实际需求,结合试验现场设备多、环境复杂的特点,提出了考虑复杂应用环境的任意构型传声器阵列声源定位方法。该方法首先通过任意布设传声器获取已知坐标的声源... 详细信息

针对飞机结构静力/疲劳试验中,通过准确定位结构异常声响及时发现结构损伤的实际需求,结合试验现场设备多、环境复杂的特点,提出了考虑复杂应用环境的任意构型传声器阵列声源定位方法。该方法首先通过任意布设传声器获取已知坐标的声源信号,建立传声器坐标标定方程组,采用优化算法进行方程组求解,确定任意布设传声器的空间坐标;随后,将广义互相关法和信号端点检测法相结合计算不同传声器之间的时差,实现声源定位。在此基础上,建立了一套声源定位流程。对该方法进行了试验验证,结果表明:该方法能够在传声器任意布设的情况下,实现声源的空间定位;传声器的空间坐标标定误差为毫米级,声源定位误差为厘米级,达到了飞机结构静力/疲劳试验中异常声源定位的精度要求;与现有的声源定位方法相比,该方法能够实现根据试验现场具体情况任意布设传声器,更加适用于飞机结构静力/疲劳试验复杂环境下的异常声响定位。

关键词：声源定位传声器阵列任意构型静力试验疲劳试验

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吸顶式传声器阵列阵元坐标标定方法

声学学报 2015年第6期40卷 827-835页

作者：肖颖杨亦春韩宝坤滕鹏晓山东科技大学机械电子工程学院青岛266590 中国科学院声学研究所噪声与振动重点实验室北京10019

提出了一种吸顶式传声器阵列阵元坐标的标定方法。针对在混响声场中,时延估计算法性能严重下降从而导致在标定传声器阵元坐标时产生较大误差的问题,提出了利用脉冲声源作为标定声源,并且截取脉冲源直达声的方法来抑制混响声场的影响,提... 详细信息

提出了一种吸顶式传声器阵列阵元坐标的标定方法。针对在混响声场中,时延估计算法性能严重下降从而导致在标定传声器阵元坐标时产生较大误差的问题,提出了利用脉冲声源作为标定声源,并且截取脉冲源直达声的方法来抑制混响声场的影响,提高传声器阵元坐标标定的精度。建立了阵元坐标标定的误差分析模型,并以白噪声和脉冲声源作为标定声源进行数据仿真和对比分析。仿真结果表明,使用脉冲声源作为标定声源能有效地抑制混响声场的影响,获得传声器阵列阵元的准确坐标。同时,在封闭的房间内建立起孔径为3.5 m、64阵元的螺旋状吸顶传声器阵列进行了实验研究,实验结果验证了本文提出方法的有效性。

关键词：传声器阵列标定方法坐标时阵元误差分析模型混响声场脉冲源算法性能