本发明专利技术涉及一种基于随机传声器阵列的运动物体声场测量方法，属于噪声分析和控制技术领域。通过基于阵列单元的随机传声器阵列生成、根据基线向量统计筛选、仿真计算评价三个步骤设计二维随机传声器阵列布局，按照阵列布局搭建随机传声器阵列，对运动物体声场进行测量。本发明专利技术方法减少了传声器布局的任意性，降低布局设计中的搜索空间；应用基线统计指标预先滤除不满足要求的阵列布局，减少了性能验证的计算量，提高了搜索效率；通过仿真计算对不同频率下的随机传声器阵列性能进行验证，保证所得到的阵列满足测量使用要求。本发明专利技术方法使运动物体声场测量系统能够在较短时间内确定随机传声器阵列布局，实现对运动声源更准确的定位和分析。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于噪声分析和控制
技术介绍
汽车、火车等复杂运动机械的噪声对环境影响很大。准确的识别和定位主要的发声部 件所在，能够为噪声治理工作提供依据，对噪声测量以及治理工作都具有重要意义。由于 运动的原因，对这类(多声源)运动型噪声，要比较精确地获取其声场，将各个声源分辨 出来，并准确定位是比较困难的。目前，世界上针对交通工具类的运动声源，对其声场进行测量分析研究的主要有声全 息方法和阵列方法。全息法测量运动声场受多普勒效应影响很大，其工程实际应用受到了 局限。与全息技术相比，阵列技术在运动声源识别研究中的应用更为广泛。其中随机阵列 的布局方式通过传声器的不规则布置可以有效的克服规则阵列的旁瓣效应，提高声源识别 的精确度；目前对于二维随机阵列布局的优化方法一般效率较低，需要进行大量计算才能 找到性能较好的布局。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，通过基于阵 列单元的随机传声器阵列生成、根据基线向量统计筛选、仿真计算评价三个步骤进行二维 随机传声器阵列布局的设计，按照计算得出的阵列布局搭建随机传声器阵列，对运动物体 声场进行测量，从而提高声场测量的精确度。本专利技术提出的基于随机传声器阵列的运动物体声场测量方法，包括以下步骤(1) 设定测量用传声器之间的最短间隔距离为"J max其中c为声速，二、为设定的最大测量分析频率；(2) 设上述测量用传声器所在的阵列平面A的长度为L,、高度为H,，待测运动物体 所在平面R的长度为U、高度为&，阵列平面A与平面R之间的垂直距离为D，阵列平面 A的长度L,和高度H,是上述最短间隔距离d的整数倍；(3) 将上述阵列平面A划分为n个大小形状相同的阵列单元，每个阵列单元的长度 和宽度分别为k,Xd、 k2Xd,其中k,、 k2为正整数，d为上述最短间隔距离，将每个阵列 单元划分为k,Xk2个方格，每个方格的中心点为测量用传声器的预设置点，共有k,XkJ页 设置点；(4) 在上述k,Xk2预设置点中，随机选定一个预设置点作为传声器放置位置，得到 一个由n个传声器构成的随机传声器阵列，重复该过程N,次，生成N,个随机传声器阵列；(5) 计算上述N,个随机传声器阵列中每个随机传声器阵列的所有基线向量，将同一 随机传声器阵列的所有基线向量放到同一点距坐标系下，得到基线向量的点距坐标图，设 定点距坐标图中坐标轴的单位为最短间隔距离d，形成i/个由直线x-土J和;;-土J所构成 的正方形坐标环，其中J-1，2，…"-1,"， {^maxW,/^^/^),计算基线向量终点在第 1坐标环上的所有基线向量数M,，基线向量终点在第1坐标环上且互相不重合的所有基 线向量总数《，基线向量终点在第2坐标环上且互相不重合的所有基线向量总数《，以 及基线向量终点在第f/坐标环上且互相不重合的所有基线向量总数^;;(6) 根据上述基线向量总数，对上述N,个随机传声器阵列进行筛选，其过程为(a) 若上述阵列单元数n《24，且上述基线向量数M,S4，则进行步骤(b)，若上 述阵列单元数 >24，且上述基线向量总数&S4，则进行步骤(b);(b) 若上述阵列单元数i^14，且上述基线向量数i^214，则进行步骤(c)，若上 述阵列单元数10S"S13，且上述基线向量数《2212，则进行步骤(c),若上述阵列单 元数8《n《9，且上述基线向量数&210，则进行步骤(c);(c) 若上述基线向量数i^24，则选择该随机传声器阵列；(8)设上述选择的随机传声器阵列数有&个，分别对N2个随机传声器阵列进行仿真 计算，得到随机传声器阵列中各个传声器的仿真声压信号&(,)，》^),...,^^)，其中第i个 传声器的仿真声压信号为卜,-"、1 其中，卵)为仿真被测声源特征函数补)-^cos(2 r/0， S。为仿真实测声源强度，f为仿 真被测声源的频率，巧(f)为在t时刻Q点与第i个传声器间的距离，《W为在t时刻Q点 到第i个传声器连线与Q点运动方向间的夹角，M为马赫数；根据上述传声器的仿真声压信号，计算出待测运动物体所在平面R上任意一点5(f,/;) 处在^至^时间段内的仿真声场特征函数#p(s，/7)= J,2户2(^,/7)^ ，其中，户("， 7)=丌1>'、巧f,7)为f时刻面上任意点SO， 7)与第z'个传声器之间的物理距离。遍历待测运动物体所在平面R，得到仿真声场特征函数分布图，设分布图中主瓣峰值为、，最大旁瓣峰值为 &，则旁瓣抑制比;^为y, =20 log若"^ 且上述阵列单元数8:^"<16，或者々216且"、16，则该随机传声器阵列满足频 率f下的筛选条件，进行下一频率的筛选。在下一频率重复上述仿真步骤，若在对每一频率都满足上述筛选条件，则得到测量用 的随机传声器阵列，否则对上述选择的N2个随机传声器阵列中的下一个随机传声器阵列重 复上述筛选过程，直至得到一个满足上述筛选条件的随机传声器阵列。(9)根据上述筛选得到的随机传声器阵列组成测量系统，采集运动物体发出的声压 信号，计算得到待测运动物体所在平面R上任意一点s(s,;7)处在测量时间6至^内的声场特 征函数^(s,;7)= J:2/^"*,，其中，尸("")4^p,〔"^^〕其中，A(0为f时刻第z'个传声器接收到的信号声压，"'"f，")为Z时刻，任意点s^力)与 第z'个传声器之间的距离。上述方法中，阵列单元为2X2、 2X3、 2X4、 3X3、 3X4或2X6中的任何一种。 本专利技术提出的基于随机传声器阵列的运动物体声场测量方法，通过基于阵列,元的随 机传声器阵列生成、根据基线向量统计筛选、仿真计算评价三个步骤进行二维随机传声器 阵列布局的设计，按照计算得出的阵列布局搭建随机传声器阵列，对运动物体声场进行测 量。通过划分阵列单元的方法进行随机传声器阵列生成，减少布局的任意性，降低布局设 计中的搜索空间；应用基线统计指标预先滤除不满足要求的阵列布局，从而减少了性能验 证的计算量，提高了搜索效率；通过仿真计算对不同频率下的随机传声器阵列性能进行验 证，保证所得到的阵列满足测量使用要求。通过应用本专利技术方法，使运动物体声场测量系 统能够在较短时间内确定随机传声器阵列布局，实现对运动声源更准确的定位和分析。附图说明图1是应用本专利技术方法进行运动物体声场测量的现场示意图。图2是被测运动物体所在平面与阵列平面的空间关系示意图。图3是一个由16个2X4式阵列单元组成的随机传声器阵列示例图。图4是一个2X4式阵列单元结构示意图。图5是一个随机传声器阵列的基线向量点距坐标图。图6是仿真计算得出的声场特征函数分布示意图。图7是不同形式的阵列单元结构示意图。图1中，l是被测运动物体，2是激光接收器，3是传声器，4是传声器阵列支架，5 是PC机，6是激光发射器，7是前置放大器接口箱，8是数字采集箱。图7中，(a)是2X2式阵列单元，(b)是2X3式阵列单元，(c)是2X4式阵列单元， (d)是3X3式阵列单元，(e)是3X4式阵列单元，(f)是2X6式阵列单元。具体实施方式以下结合附图，详细介绍本专利技术提出的基于随机传声器阵列的运动物体声场测量方 法，应用本专利技术方法进行运动物体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于随机传声器阵列的运动物体声场测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤： （１）设定测量用传声器之间的最短间隔距离为ｄ，ｄ＝ｃ／２ｆ↓［ｍａｘ］ 其中ｃ为声速，ｆ↓［ｍａｘ］为设定的最大测量分析频率； （２）设上述测量用传声器所在的阵列平面Ａ的长度为Ｌ↓［１］、高度为Ｈ↓［１］，待测运动物体所在平面Ｒ的长度为Ｌ↓［２］、高度为Ｈ↓［２］，阵列平面Ａ与平面Ｒ之间的垂直距离为Ｄ，阵列平面Ａ的长度Ｌ↓［１］和高度Ｈ↓［１］是上述最短间隔距离ｄ的整数倍；（３）将上述阵列平面Ａ划分为ｎ个大小形状相同的阵列单元，每个阵列单元的长度和宽度分别为ｋ↓［１］×ｄ、ｋ↓［２］×ｄ，其中ｋ↓［１］、ｋ↓［２］为正整数，ｄ为上述最短间隔距离，将每个阵列单元划分为ｋ↓［１］×ｋ↓［２］个方格，每个方格的中心点为测量用传声器的预设置点，共有ｋ↓［１］×ｋ↓［２］预设置点； （４）在上述ｋ↓［１］×ｋ↓［２］预设置点中，随机选定一个预设置点作为传声器放置位置，得到一个由ｎ个传声器构成的随机传声器阵列，重复该过程Ｎ↓［１］次，生成Ｎ↓［１］个随机传声器阵列； （５）计算上述Ｎ↓［１］个随机传声器阵列中每个随机传声器阵列的所有基线向量，将同一随机传声器阵列的所有基线向量放到同一点距坐标系下，得到基线向量的点距坐标图，设定点距坐标图中坐标轴的单位为最短间隔距离ｄ，形成Ｕ个由直线ｘ＝±Ｊ和ｙ＝±Ｊ所构成的正方形坐标环，其中Ｊ＝１，２，…Ｕ－１，Ｕ，Ｕ＝ｍａｘ（Ｈ↓［１］／ｄ，Ｌ↓［１］／ｄ），计算基线向量终点在第１坐标环上的所有基线向量数Ｍ↓［１］，基线向量终点在第１坐标环上且互相不重合的所有基线向量总数Ｋ↓［１］，基线向量终点在第２坐标环上且互相不重合的所有基线向量总数Ｋ↓［２］，以及基线向量终点在第Ｕ坐标环上且互相不重合的所有基线向量总数Ｋ↓［Ｕ］； （６）根据上述基线向量总数，对上述Ｎ↓［１］个随机传声器阵列进行筛选，其过程为：（ａ）若上述阵列单元数ｎ≤２４，且上述基线向量数Ｍ↓［１］≤４，则进行步骤（ｂ），若上述阵列单元数ｎ＞２４，且上述基线向量总数Ｋ↓［１］≤４，则进行步骤（ｂ）； （ｂ）若上述阵列单元数ｎ≥１４，且上述基线向量数Ｋ↓［２］≥１４，则进行步骤（ｃ），若上述阵列单元数１０≤ｎ≤１３，且上述基线向量数Ｋ↓［２］≥１２，则进行步骤（ｃ），若上述阵列单元数８≤ｎ≤９，且上述基线向量数Ｋ↓［２］≥１０，则进行步骤（ｃ）； （ｃ）...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨殿阁，连小珉，郑四发，罗禹贡，李克强，王建强，李兵，邵林，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[]
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