【技术实现步骤摘要】
融合渐开线阵列和FPGA的便携式噪声源检测装置
本专利技术涉及的是一种传声器阵列领域和波束形成超分辨率高精度处理技术，具体是一种融合渐开线阵列和FPGA并行处理器的便携式噪声源检测装置。
技术介绍
声源定位技术配合视觉显示技术可以完成声源点位置的实时显示，将声事件完整、清晰地展示。噪声源检测装置的应用领域非常广泛。例如，大型工厂中机器噪声的检测定位；车内和室内异常噪声的检测；市区道路上车辆的鸣笛抓拍；新型冠状病毒疫情背景下公众场合的咳嗽检测等。但现有技术的缺点在于：单一的声源定位技术配合相应的传声器阵列可以提供较高的定位精度，但在噪声源检测装置中融合声源定位技术和视觉显示技术时，由于传声器阵列尺寸和空间运算资源的限制，噪声源检测装置很难兼顾定位精度和便携性，并适应不同测量场景。应用DAMAS等超分辨率算法对声源进行定位和成像时，需要对点扩散函数矩阵进行逆向迭代求解，由于阵列传声器个数往往远小于扫描面虚拟声源个数，点扩散函数矩阵一般条件数极高，具有很强的欠定性和病态性，会放大矩阵逆向求解的误差，导致声源位置和强度的估计...
【技术保护点】
1.一种融合渐开线阵列和FPGA的便携式噪声源检测装置，其特征在于，包括：前面板、底盘、传声器阵列、摄像头、FPGA处理模块、显示屏、可拆卸把手和定位三脚架，其中：前面板、传声器阵列、底盘依次固定连接，摄像头固定设置于前面板内部，FPGA处理模块固定设置于底盘内部，显示屏及两个可拆卸把手固定设置于底盘后端，底盘与三脚架固定连接；/n所述的传声器阵列中各传声器等间距布置于以阵列中心为原点的对数螺旋线的直径4cm范围内，在优化设计过程中以点扩散函数矩阵条件数为目标函数，采用内部映射牛顿法的子空间置信域法，对阵列各传声器位置进行局部优化。/n
【技术特征摘要】
1.一种融合渐开线阵列和FPGA的便携式噪声源检测装置，其特征在于，包括：前面板、底盘、传声器阵列、摄像头、FPGA处理模块、显示屏、可拆卸把手和定位三脚架，其中：前面板、传声器阵列、底盘依次固定连接，摄像头固定设置于前面板内部，FPGA处理模块固定设置于底盘内部，显示屏及两个可拆卸把手固定设置于底盘后端，底盘与三脚架固定连接；
所述的传声器阵列中各传声器等间距布置于以阵列中心为原点的对数螺旋线的直径4cm范围内，在优化设计过程中以点扩散函数矩阵条件数为目标函数，采用内部映射牛顿法的子空间置信域法，对阵列各传声器位置进行局部优化。
2.根据权利要求1所述的便携式噪声源检测装置，其特征是，所述的内部映射牛顿法的子空间置信域法采用MATLAB函数fmincon实现，属于有约束非线性最小化问题，函数实现的具体步骤为：
①设置待优化参数为传声器阵列各通道位置，设置最小化目标函数为点扩散函数矩阵条件数；
②设置待优化参数初始值为对数螺旋线等间距离散点，约束范围为对数螺旋线所在平面上以初始位置为圆心的直径4cm圆内；
③优化收敛条件为两次优化结果的均方误差低于0.001。
3.根据权利要求1或2所述的便携式噪声源检测装置，其特征是，所述的对数螺旋线的极坐标表示为r(θ)＝r0ecot(v)θ，其中：r0为传声器至阵列中心径向距离，θ为周向角，ν为常数。
4.根据权利要求1或2所述的便携式噪声源检测装置，其特征是，所述的点扩散函数矩阵中的元素为其中：m0为阵列传声器个数，阵列信号互谱矩阵en为导向量，向量第m个元素满足rm为扫描点到第m个传声器的距离，rc为扫描点到阵列中心的距离，τm为扫描点到第m个传声器的传播时间；
所述的点扩散函数矩阵条件数为cond(Ann′)＝||Ann′||·||Ann′-1||。
5.根据权利要求1所述的便携式噪声源检测装置，其特征是，所述的传声器阵列包括：含有三十六个数字MEMS传声器，构型为6条含有6个传声器的渐开线阵列，最内圈直径为101.49mm，最外圈直径为329.38mm，第二圈是第一圈直径的1.5倍，即152.23m...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴海军，潘行健，李子赫，蒋伟康，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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