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基于函数波束形成的传声器阵列声成像性能分析

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信息技术与信息化 2024年第1期 135-140页

作者：刘姿琪李吉祥李伟赵慎湖南工商大学智能工程与智能制造学院湖南长沙410205

在传声器阵列声成像系统中,常规波束形成算法(CBF)的主瓣宽度和旁瓣级性能受限,成像效果不能满足高精度声源定位需要,为此研究函数波束形成算法(FB)。首先对阵列接收信号的互功率谱矩阵进行特征值分解,并计算对特征值对角矩阵的v-1次幂... 详细信息

在传声器阵列声成像系统中,常规波束形成算法(CBF)的主瓣宽度和旁瓣级性能受限,成像效果不能满足高精度声源定位需要,为此研究函数波束形成算法(FB)。首先对阵列接收信号的互功率谱矩阵进行特征值分解,并计算对特征值对角矩阵的v-1次幂,以此替换CBF中的互谱矩阵,进一步对波束输出进行v次幂运算,由此得到FB输出。然后,通过增加互谱矩阵的幂次运算,FB能够有效克服CBF的主瓣宽、旁瓣高等缺陷。最后,仿真对比了不同声源频率时CBF和FB的性能,分析不同指数v对FB性能的影响。结果表明,与CBF相比,FB具有更高的分辨率性能,且随着指数v的增大,FB旁瓣减小,动态范围增加。为满足工程中声成像动态性要求,建议指数v一般选取16。

关键词：传声器阵列常规波束形成算法函数波束形成算法互谱矩阵特征值分解声源定位成像

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基于改进遗传算法的传声器随机阵列优化设计

电声技术 2024年第4期48卷 63-67页

作者：傅威燕群侯峰韩鹏程中国飞机强度研究所陕西西安710065

针对传声器规则阵列因均匀采样间隔导致的空域混淆问题,提出一种基于改进遗传算法的传声器随机阵列优化设计方法。经过仿真分析,优化后24元随机阵列在保持主瓣性能的同时,有效抑制了旁瓣的增益。与均匀阵列相比,采用设计的遗传算法对阵... 详细信息

针对传声器规则阵列因均匀采样间隔导致的空域混淆问题,提出一种基于改进遗传算法的传声器随机阵列优化设计方法。经过仿真分析,优化后24元随机阵列在保持主瓣性能的同时,有效抑制了旁瓣的增益。与均匀阵列相比,采用设计的遗传算法对阵列布局进行优化设计后可获得更好的旁瓣抑制和阵列增益。

关键词：传声器阵列遗传算法主瓣宽度最大旁瓣级阵列方向图

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基于传声器阵列的低速空腔噪声控制试验研究

振动与冲击 2022年第5期41卷 267-272,279页

作者：马瑞轩李征初宋玉宝王勋年中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000

基于相位传声器阵列在声学风洞中测量了低速空腔流动中主要噪声源的分布特性,提出了一种新的评估气动声源强度的计算方法。通过在空腔前后缘加装锯齿板和阻挡板的方式探索了空腔噪声抑制策略,并且比较了不同措施的降噪效果。结果表明:... 详细信息

基于相位传声器阵列在声学风洞中测量了低速空腔流动中主要噪声源的分布特性,提出了一种新的评估气动声源强度的计算方法。通过在空腔前后缘加装锯齿板和阻挡板的方式探索了空腔噪声抑制策略,并且比较了不同措施的降噪效果。结果表明:低速空腔流动噪声主要来自于剪切层与空腔后壁的相互作用;锯齿板以沿来流方向安装在前缘对空腔噪声控制效果最好,且锯齿越密集,噪声抑制效果越明显;阻挡板对空腔噪声控制效果不理想。

关键词：传声器阵列空腔流动风洞试验噪声抑制

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传声器阵列波束比判决语音增强方法

声学学报 2017年第4期42卷 504-512页

作者：曹占中纳跃跃王晓飞付强潘接林颜永红中国科学院声学研究所语言声学与内容理解重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

针对单一波束形成器难以深度抑制空间相干干扰的问题,提出了一种综合了最小方差无畸变响应波束形成器与对称子阵延时求和波束形成器的语音增强方法。定义了一种波束输出比因子,根据该因子在目标声区域和干扰声区域的幅值变化,给出了采... 详细信息

针对单一波束形成器难以深度抑制空间相干干扰的问题,提出了一种综合了最小方差无畸变响应波束形成器与对称子阵延时求和波束形成器的语音增强方法。定义了一种波束输出比因子,根据该因子在目标声区域和干扰声区域的幅值变化,给出了采样协方差矩阵对角加载量的调整方法,并进一步利用该因子在后滤波环节对空间干扰进行判决滤波。文中对判决滤波时的上限阈值和下限阈值的实时更新方法给出了说明。所提出的算法能进一步抑制空间干扰和噪声,且可满足实时需要。在传声器圆阵上的实验表明,该方法在输出信干噪比及语音质量上,均优于经典对角加载算法及采样协方差矩阵扫描重构算法。

关键词：波束形成器语音增强传声器阵列协方差矩阵语音质量重构算法圆阵信干噪比算法处理最小方差

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基于遗传算法的传声器阵列位置有源校正研究

应用声学 2022年第1期41卷 1-11页

作者：邵祚桪厉剑郑成诗李晓东中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

传声器阵列的位置误差会导致高精度定位应用场景中算法性能下降,为解决这一问题,该文提出了一种二维平面传声器阵列位置参数的有源校正方法。在校正声源位置已知的情况下,利用各阵元间的到达时间差均方误差之和最小化作为优化目标设计... 详细信息

传声器阵列的位置误差会导致高精度定位应用场景中算法性能下降,为解决这一问题,该文提出了一种二维平面传声器阵列位置参数的有源校正方法。在校正声源位置已知的情况下,利用各阵元间的到达时间差均方误差之和最小化作为优化目标设计代价函数,根据遗传算法搜索阵列真实位置的全局最优解,从而估计得到传声器阵列的准确位置信息。仿真与半消声室实验结果均表明,该文提出的方法可有效估计阵列的真实位置信息,其阵列校正误差总体小于基于到达方向与特征空间的校正方法,同时该方法具有鲁棒性强、适用性广的特点,具有较高的应用价值。

关键词：传声器阵列有源阵列校正遗传算法

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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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一种平面差分传声器阵列的声成像算法

重庆理工大学学报:自然科学 2023年第10期37卷 279-287页

作者：刘均建胡顺仁李双陈明家重庆理工大学电子与电气工程学院重庆400054 重庆金美通信有限责任公司重庆400030 重庆大学微电子与通信工程学院重庆400044

为了减小已有声成像定位系统使用的阵元数,提出一种基于差分域的平面传声器阵列的高分辨率成像方法。将该方法运用于二维嵌套阵列等平面稀疏阵列结构,在差分域获得具有更高自由度的均匀矩形阵列,从而用少量的传声器获得高分辨的声成像... 详细信息

为了减小已有声成像定位系统使用的阵元数,提出一种基于差分域的平面传声器阵列的高分辨率成像方法。将该方法运用于二维嵌套阵列等平面稀疏阵列结构,在差分域获得具有更高自由度的均匀矩形阵列,从而用少量的传声器获得高分辨的声成像。仿真结果表明:所提算法在使用49个阵元的情况下比基于典型平面阵列使用81个阵元进行常规波束形成的声成像算法得到的主瓣宽度更窄,在低信噪比时定位精度更高。

关键词：传声器阵列声成像嵌套阵列差分域

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基于波束形成的三维传声器阵列仿真

科学技术与工程 2022年第31期22卷 13801-13809页

作者：崔丽兰田杨萌王彩霞刘琳张潇艺北京信息科技大学理学院北京100192

为研究基于传声器阵列的声源定位技术在户外环境下实现全方位、高效、便捷的声源信号定位,通过使用波束形成声源定位算法,在考虑传声器阵列的拓扑结构特性下,对各个三维阵列进行声源定位数值仿真。为验证不同阵列的传声器阵列定位效果,... 详细信息

为研究基于传声器阵列的声源定位技术在户外环境下实现全方位、高效、便捷的声源信号定位,通过使用波束形成声源定位算法,在考虑传声器阵列的拓扑结构特性下,对各个三维阵列进行声源定位数值仿真。为验证不同阵列的传声器阵列定位效果,基于波束形成算法使用MATLAB对相同阵元数不同分布阵型的三维传声器阵列声源定位进行仿真。结果表明:相同阵元数不同分布阵型的三维传声器阵列定位声源点的定位精度存在不同的差异,且基于波束形成的三维旋排球阵列传声器阵列在全方位声源定位中结果精确度最高。可见设计传声器阵列时,应该要充分考虑到阵元个数、阵列孔径的大小及阵元间距对阵列声源定位的影响。

关键词：波束形成算法传声器阵列声源定位三维阵列栅瓣