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基于压缩感知的液压支架声源定位识别方法

煤矿机械 2024年第3期45卷 180-185页

作者：张文李玉鹏袁有全王毅高珺陕西煤业集团黄陵建庄矿业有限公司陕西延安727102 中煤科工西安研究院(集团)有限公司西安710077

针对当前液压支架放煤过程中落煤时间和落煤量监测主要依赖于人工观察、自动化程度不高的问题,提出了一种基于声源定位的落煤状态识别方法,通过声源的识别与定位得到当前落煤的液压支架位置与落煤状态。设计了基于STM32的声音传感器阵... 详细信息

针对当前液压支架放煤过程中落煤时间和落煤量监测主要依赖于人工观察、自动化程度不高的问题,提出了一种基于声源定位的落煤状态识别方法,通过声源的识别与定位得到当前落煤的液压支架位置与落煤状态。设计了基于STM32的声音传感器阵列的数据采集系统。针对传统算法识别宽带信号和多声源定位困难的问题,采用基于压缩感知的多声源宽带定位算法,通过对信号进行分解得到不同频带的定位结果。仿真结果表明,该方法能准确识别170台液压支架落煤声源位置,在信噪比(SNR)为-5 dB时双声源识别率达到98%。

关键词：放顶煤液压支架声源识别压缩感知嵌入式系统

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基于波束形成的声源识别方法及其风洞内应用

同济大学学报（自然科学版） 2022年第S1期50卷 97-106页

作者：贺银芝杨现晖王斌张毅伟同济大学汽车学院上海201804 同济大学上海地面交通工具风洞中心上海201804 上海市地面交通工具空气动力与热环境模拟重点实验室上海201804

基于波束形成的声源识别方法是风洞内研究汽车气动噪声问题重要的实验手段。为了更好地研究及应用这一测试技术,首先通过仿真计算,考察麦克风阵型、声源频率、测试距离、声波入射角等因素对阵列性能的影响,并通过系统设计完成了实验验... 详细信息

基于波束形成的声源识别方法是风洞内研究汽车气动噪声问题重要的实验手段。为了更好地研究及应用这一测试技术,首先通过仿真计算,考察麦克风阵型、声源频率、测试距离、声波入射角等因素对阵列性能的影响,并通过系统设计完成了实验验证。结果表明:随着测试距离和入射角增大,系统空间分辨率变差;随着声源频率增大,系统空间分辨率更好,但动态范围变差;随着测试距离偏差的增大,识别的声源强度不断降低;不同声源频率、测试距离与阵列阵型对测试距离偏差引起的声源幅值误差的敏感度不同,声源频率越高,测试距离越小则敏感度越高;多声源的相互影响使阵列的有效动态范围降低,同时声源强度增大。然后,基于DrivAer整车油泥模型,在整车气动声学风洞内应用波束形成技术进行车外声源识别,分析车外气动噪声源的分布。最后,应用声源相减方法,分析了不同造型后视镜声源识别结果的差异。

关键词：汽车风洞波束形成声源识别声源相减法

基于源强先验引导的正交匹配追踪声源识别算法

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机械工程学报 2022年第24期58卷 20-31页

作者：徐亮权璐纯尚俊超李敬豪张小正合肥工业大学噪声振动工程研究所合肥230009 襄阳达安汽车检测中心有限公司襄阳441000 中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华东电力试验研究院合肥230088

压缩感知理论的出现为采用较少的传声器实现高分辨率声源识别与定位,提供了理论可能和实现途径。因此越来越多的学者将压缩感知方法应用到声源识别领域当中。在已有的诸多压缩感知重构算法中,正交匹配追踪(Orthogonal matching pursuit,... 详细信息

压缩感知理论的出现为采用较少的传声器实现高分辨率声源识别与定位,提供了理论可能和实现途径。因此越来越多的学者将压缩感知方法应用到声源识别领域当中。在已有的诸多压缩感知重构算法中,正交匹配追踪(Orthogonal matching pursuit,OMP)算法具有旁瓣小、分辨率较高、算法过程简单、计算速度快、易于硬件实现等优点,具有广泛的应用潜力。但是OMP算法在实际应用场合中表现出的对低频声源定位效果差,聚焦面网格密集划分时易出现定位偏差的缺点限制了算法的应用范围。为此,通过对OMP算法关键步骤的理论分析,找出OMP算法上述缺陷的理论来源,在此基础上提出一种基于源强先验引导的OMP声源定位算法,该方法在OMP原子筛选过程中引入了源强先验信息,可以较好地克服由相邻声源距离较近或分析频率较低时原子间相关性增强引起的原子选择错误,从而进一步提高了算法的声源定位准确率,拓宽了算法适用的频率范围,在实际中可实现宽频带声源的高分辨率识别与定位。

关键词：声源识别压缩感知 OMP算法感知矩阵相关性

基于正交匹配追踪的二维离网压缩波束形成声源识别方法

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机械工程学报 2022年第11期58卷 88-97页

作者：杨咏馨褚志刚杨洋重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 重庆工业职业技术学院车辆工程学院重庆401120

基于平面传声器阵列的传统二维在网压缩波束形成获得准确的声源识别结果需满足两个前提:一是声源波达方向与离散化网格点一致(基匹配);二是相关的先验参数需被准确估计。然而,在实际应用中上述两个前提难以满足,此时传统二维在网压缩波... 详细信息

基于平面传声器阵列的传统二维在网压缩波束形成获得准确的声源识别结果需满足两个前提:一是声源波达方向与离散化网格点一致(基匹配);二是相关的先验参数需被准确估计。然而,在实际应用中上述两个前提难以满足,此时传统二维在网压缩波束形成声源识别性能将受基不匹配和先验参数估计不准确的综合影响而显著下降。针对该问题,提出了基于正交匹配追踪的二维离网压缩波束形成声源识别方法。该方法以网格点处传递向量的一阶泰勒展开近似真实离网声源传递向量,构造以声源在网坐标、离网偏差及声源强度为未知变量的方程组,并基于正交匹配追踪和最小二乘法求解获得声源离网坐标及强度估计。仿真和试验均表明:提出方法能够有效缓解基不匹配问题,获得相比传统在网压缩波束形成方法更高的波达方向估计及源强量化精度,实现更好的声源识别性能,且享有高的计算效率;提出方法无需信噪比或正则化参数等先验参数估计,且对稀疏度估计和网格间距不敏感,声源识别性能稳健。

关键词：声源识别平面传声器阵列压缩波束形成离网正交匹配追踪

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基于不动点迭代的增广拉格朗日声源识别算法

振动与冲击 2022年第14期41卷 243-252页

作者：贺岩松贾晨阳黄琳森昝鸣徐中明重庆大学汽车工程学院重庆400030 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030

等效源法近场声全息是进行声源识别的重要方法。传统的基于Tikhonov正则化方法局限于相对低的频率,进行高频声源的声场重建时效果较差,而基于最速下降法的宽带声全息(wideband acoustic holography,WBH)方法则在中高频效果较好。为了拓... 详细信息

等效源法近场声全息是进行声源识别的重要方法。传统的基于Tikhonov正则化方法局限于相对低的频率,进行高频声源的声场重建时效果较差,而基于最速下降法的宽带声全息(wideband acoustic holography,WBH)方法则在中高频效果较好。为了拓宽声场重建的频率范围并提高声源识别分辨率,提出一种基于增广拉格朗日方法(augmented Lagrangian method,ALM)的等效源法声源识别算法,该方法将L1范数正则化模型转化为增广拉格朗日方程的最小化问题,并应用不动点迭代求解得到声源强度。通过仿真与试验表明,与Tikhonov正则化、WBH和快速迭代收缩阈值算法(fast iterative shrinking threshold algorithm,FISTA)三种方法对比,所提方法适用于更宽的频率范围,且对不同的全息距离和信噪比具有很好的适应性。

关键词：等效源法声源识别压缩感知增广拉格朗日方法(ALM)

基于稀疏贝叶斯学习的压缩球波束形成声源识别方法

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机械工程学报 2023年第2期59卷 1-13页

作者：褚志刚赵洋杨亮张晋源杨洋重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 汽车振动噪声和安全技术国家重点实验室重庆401133 重庆工业职业技术学院车辆工程学院重庆401120

基于实心球传声器阵列的压缩球波束形成具有声学成像全景、适宜中远距离测量而易于布置等优势,在汽车、飞机等噪声源识别领域具有广阔应用前景。新近提出的基于稀疏贝叶斯学习(Sparse Bayesian learning, SBL)的压缩球波束形成能够获得... 详细信息

基于实心球传声器阵列的压缩球波束形成具有声学成像全景、适宜中远距离测量而易于布置等优势,在汽车、飞机等噪声源识别领域具有广阔应用前景。新近提出的基于稀疏贝叶斯学习(Sparse Bayesian learning, SBL)的压缩球波束形成能够获得良好的低频声源识别性能,但由于其采用了第二类最大似然估计(Maximum type-Ⅱ likelihood estimation, MLE-Ⅱ)进而需要估计声源稀疏度,且抗噪声干扰能力和计算效率也有待提升,推广应用受限。为此,首先将压缩球波束形成数学模型求解问题转化为SBL框架下的源强分布最大后验(Maximum a posterior,MAP)估计问题,并采用期望最大化优化算法(Expectation maximization, EM)加以求解,提出无需稀疏度估计的MAP-EM压缩球波束形成方法;在此基础上,将多快拍复声压矩阵输入转换为多快拍平均的声压互谱矩阵输入,并基于互谱矩阵对角重构降噪建立了抗噪声干扰能力增强的EMAP-EM(Enhanced MAP-EM, EMAP-EM)压缩球波束形成方法。仿真和试验均表明,提出的MAP-EM和EMAP-EM压缩球波束形成均具有高的空间分辨率和计算效率,且EMAP-EM压缩球波束形成抗噪声干扰能力更强,尤其在低频、低信噪比环境中声源识别性能更佳。最后,分析了迭代次数和快拍数对MAP-EM和EMAP-EM压缩球波束形成性能的影响规律并给出推荐值。

关键词：声源识别球传声器阵列压缩球波束形成稀疏贝叶斯学习

典型因素对无网格压缩波束形成声源识别的影响

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机械工程学报 2022年第5期58卷 98-107页

作者：杨洋褚志刚杨咏馨重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 重庆工业职业技术学院车辆工程学院重庆401120

基于传声器阵列测量和压缩感知理论且将目标声源区域看作连续体处理的无网格压缩波束形成声源识别方法在军事、工业、环境等领域具有良好应用前景。采用蒙特卡罗数值模拟和验证试验探究声源相干性、声源最小分离、噪声干扰和数据快拍数... 详细信息

基于传声器阵列测量和压缩感知理论且将目标声源区域看作连续体处理的无网格压缩波束形成声源识别方法在军事、工业、环境等领域具有良好应用前景。采用蒙特卡罗数值模拟和验证试验探究声源相干性、声源最小分离、噪声干扰和数据快拍数目四个典型因素对声源识别性能的影响,结果表明:该方法适用于任意相干性声源和任意数据快拍数目;高概率获得准确结果的条件是声源足够分离(采用矩形阵列时,单数据快拍下,通常要求声源最小分离不小于1/√AB,A和B分别为矩形阵列的行数和列数)和噪声干扰不过强(单数据快拍下,通常要求信噪比优于15 d B);声源不完全相干时,增多数据快拍降低对声源分离和噪声干扰强度的要求,声源完全相干时,增多数据快拍仅降低对噪声干扰强度的要求。典型因素影响的揭示对无网格压缩波束形成方法的恰当运用及声源识别结果的正确分析具有重要指导意义。

关键词：声源识别无网格压缩波束形成典型因素影响

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基于互谱矩阵函数的多声源识别方法

振动．测试与诊断 2023年第2期43卷 277-281,408页

作者：王月杨超王岩松胡定玉顾汝彬上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620 上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 中国人民解放军32128部队济南250000 上海杨浦职业技术学校上海200093

为解决多声源识别中的混叠问题,提出一种基于互谱矩阵函数的多声源识别方法。首先,对与各峰值源相关的互谱矩阵进行特征值分解,并利用特征值和特征向量构造其函数;其次,在反卷积迭代过程中,将该函数用于计算移除各峰值源后的互谱矩阵函... 详细信息

为解决多声源识别中的混叠问题,提出一种基于互谱矩阵函数的多声源识别方法。首先,对与各峰值源相关的互谱矩阵进行特征值分解,并利用特征值和特征向量构造其函数;其次,在反卷积迭代过程中,将该函数用于计算移除各峰值源后的互谱矩阵函数和输出功率;最后,将与各峰值源相关的干净波束和剩余功率谱叠加,获得多声源的分布图像。仿真与实验结果表明,该算法的输出波束主瓣窄、旁瓣低,可有效提升传统反卷积算法的动态范围,实现多声源的高分辨率识别。

关键词：声源识别波束形成特征值分解反卷积

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市域轨道交通高架列车车外噪声源识别试验

噪声与振动控制 2023年第2期43卷 185-189,236页

作者：王朝亮吴晓龙张良涛张超罗云柯宋立忠温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司浙江温州325000 中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063 香港理工大学国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心香港分中心中国香港999077 华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心南昌330013

基于波束形成技术,利用市域轨道交通D型车实车声源成像数据,研究市域列车整车车外噪声源频谱特性,分析受电弓、转向架等局部区域噪声源对辐射噪声的贡献特点,并评估局部噪声特性变化对总噪声特性的影响,得到以下结论:局部噪声源的贡献方... 详细信息

基于波束形成技术,利用市域轨道交通D型车实车声源成像数据,研究市域列车整车车外噪声源频谱特性,分析受电弓、转向架等局部区域噪声源对辐射噪声的贡献特点,并评估局部噪声特性变化对总噪声特性的影响,得到以下结论:局部噪声源的贡献方面,市域轨道交通D型车转向架区域是主要辐射噪声贡献区,其贡献所占比重超过63%,100 km/h以上运行时其贡献所占比重超过80%;受电弓区域是次级辐射噪声贡献区;其他区域的噪声贡献相对较小。试验研究成果可为市域轨道交通列车减振降噪优化设计提供有力的技术指导。

关键词：声学市域轨道交通列车波束形成声源识别