一种宽带阵列流型的测算系统及其测算方法
【专利摘要】本发明属于阵列信号处理领域，提供了一种宽带阵列流型的测算系统及其测算方法。该系统及方法通过构造符合离散傅立叶变换的频率分辨率条件的多频带宽信号，对待测传声器阵列进行测试，并基于快速傅立叶变换得到阵列流型。相对于现有有源类校正方式，可极大缩短测算时间。
【专利说明】一种宽带阵列流型的测算系统及其测算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于阵列信号处理领域，尤其涉及一种宽带阵列流型的测算系统及其测算 方法。
【背景技术】
[0002] 阵列流型是传声器阵列的重要参数，是在感兴趣的方位空间上，所有的传 声器阵列响应向量的集合，其直接影响阵列增益和抗干扰能力，与传声器的一致 性、阵列结构形式和使用环境等要素密切相关。阵列流型的数学符号可以定义为 {A(a，0，f) | (a G 0，0 G ?，f G D)}，其中的0表示声源相对传声器阵列的方位角 的范围，?表示声源相对传声器阵列的俯仰角的范围。
[0003] 通常，直接根据传声器阵列中各传声器之间的几何位置关系和处理频段直接确定 的阵列流型称为"理想阵列流型"，其前提是挑选指向性均匀和幅、相一致性良好的传声器， 并通过优化阵列结构、提高传声器位置精度和避免遮挡等措施消除了不利影响。实际上，由 于传声器阵列的设计、生产及安装等原因，实际阵列流型与理想阵列流型存在失配，若此时 采用理想阵列流型作为后续阵列信号处理的基础，则处理结果不准确，例如，若此时采用理 想阵列流型设计波束，会引起实际波束的旁瓣升高、主瓣畸变。因此，有必要对阵列流型进 行有源类校正，以测算实际阵列流型。
[0004] 现有技术提供的针对宽带阵列流型的有源类校正方式可以按照角度和频率逐一 窄带测算阵列流型的参数。典型的测算流程是：远处设置声源并逐一播放频率序列中的单 频信号，运用待测传声器阵列接收信号，又采用数据采集存储设备保存波形；之后，将待测 传声器阵列转动一定角度后，重复前述播放、接收和存储过程，当遍历所有角度后完成测量 过程。之后，对存储的波形数据进行分析处理，具体是：将待测传声器阵列接收到的各通道 单频信号与同频率的复指数信号进行乘法运算、并在累加后计算平均值，当信号频率、采样 频率和分析序列的长度满足一定条件后，该平均值就是对应频率处的实际宽带阵列流型的 参数，从而得到实际宽带阵列流型。
[0005] 现有技术提供的前述针对宽带阵列流型的有源类校正方式在对波形数据进行分 析处理时，需要对密集频率点的参数进行逐一测算以获得宽带阵列流型，测算时间长，无法 满足时间效率的要求。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例的目的在于提供一种宽带阵列流型的测算系统，旨在解决现有技术 针对宽带阵列流型的有源类校正方式在对波形数据进行分析处理时，需要对密集频率点的 参数进行逐一测算以获得宽带阵列流型，测算时间长的问题。
[0007] 本发明实施例是这样实现的，一种宽带阵列流型的测算系统，所述系统包括：
[0008] 声源；
[0009] 转台，所述转台固定连接待测传声器阵列；
[0010] 多通道综合声学分析仪，用于生成待测带宽信号和待测声源入射角度的序列，并 实现所述转台偏转角度的控制，之后在所述待测传声器阵列的每一声源入射角度下，控制 所述声源播放待测宽带信号至结束，采集播放时间内所述待测传声器阵列输出的传声器阵 列信号并存储，若非首次采集，则同时根据前一声源入射角度下存储的传声器阵列信号、基 于快速傅立叶变换获得对应的阵列流型，所述待测带宽信号是由多个单频信号叠加而成， 每一单频信号的频率均为离散傅立叶变换的频率分辨率的整数倍；
[0011] 功率放大器，用于对所述待测带宽信号放大后驱动所述声源发声。
[0012] 本发明实施例的另一目的在于提供一种如上所述的宽带阵列流型的测算系统的 测算方法，所述方法包括以下步骤：
[0013] 多通道综合声学分析仪生成待测带宽信号和待测声源入射角度的序列，所述待测 带宽信号是由多个单频信号叠加而成，每一单频信号的频率均为离散傅立叶变换的频率分 辨率的整数倍；
[0014] 所述多通道综合声学分析仪控制转台转动，以带动待测传声器阵列至当前待测的 声源入射角度；
[0015] 所述多通道综合声学分析仪控制声源播放所述待测宽带信号至结束，采集播放时 间内所述待测传声器阵列输出的传声器阵列信号并存储，若非首次采集，则同时根据前一 声源入射角度下存储的传声器阵列信号、基于快速傅立叶变换获得对应的阵列流型；
[0016] 所述多通道综合声学分析仪若判断没有完成全部待测声源入射角度的测量，则返 回所述多通道综合声学分析仪控制转台转动，以带动待测传声器阵列至当前待测的声源入 射角度的步骤，直至完成全部待测声源入射角度的测算为止。
[0017] 本发明实施例提出的宽带阵列流型的测算系统及其测算方法通过构造符合离散 傅立叶变换的频率分辨率条件的多频带宽信号，对待测传声器阵列进行测试，并基于快速 傅立叶变换得到阵列流型。相对于现有有源类校正方式，可极大缩短测算时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本发明第一实施例提供的宽带阵列流型的测算系统的结构图；
[0019] 图2是本发明第二实施例提供的宽带阵列流型的测算系统的测算方法的流程图；
[0020] 图3是本发明第二实施例中、多通道综合声学分析仪生成待测带宽信号的详细流 程图；
[0021] 图4是本发明第二实施例中、多通道综合声学分析仪生成待测带宽信号的生成过 程不意图；
[0022] 图5是本发明第二实施例中、多通道综合声学分析仪基于快速傅立叶变换获得对 应的阵列流型的详细流程图；
[0023] 图6是是本发明第二实施例中、多通道综合声学分析仪基于快速傅立叶变换获得 对应的阵列流型的获取过程示意图；
[0024] 图7是本发明第三实施例提供的宽带阵列流型的测算系统的测算方法的流程图；
[0025] 图8是本发明第三实施例中、信噪比与参数测量误差关系图的一种实例图。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0027] 针对现有针对宽带阵列流型的有源类校正方式存在的问题，本发明提出了一种宽 带阵列流型的测算系统及其测算方法。首先分析该系统及方法的测算原理：
[0028] 假设由M个传声器组成的传声器阵列接收位于方位角a、俯仰角0的声源发射的 带宽信号，每一传声器为一通道，第m个通道对频率为&的频率信号的幅度响应为B ^，第 m个通道对频率为&的频率信号的相移为％,?，则定义所需测算的宽带阵列流型为：
[0029]
【权利要求】
1. 一种宽带阵列流型的测算系统，其特征在于，所述系统包括： 声源； 转台，所述转台固定连接待测传声器阵列； 多通道综合声学分析仪，用于生成待测带宽信号和待测声源入射角度的序列，并实现 所述转台偏转角度的控制，之后在所述待测传声器阵列的每一声源入射角度下，控制所述 声源播放待测宽带信号至结束，采集播放时间内所述待测传声器阵列输出的传声器阵列信 号并存储，若非首次采集，则同时根据前一声源入射角度下存储的传声器阵列信号、基于快 速傅立叶变换获得对应的阵列流型，所述待测带宽信号是由多个单频信号叠加而成，每一 单频信号的频率均为离散傅立叶变换的频率分辨率的整数倍； 功率放大器，用于对所述待测带宽信号放大后驱动所述声源发声。
2. 如权利要求1所述的宽带阵列流型的测算系统，其特征在于，所述系统还包括： 主控计算机，所述主控计算机通过互联网与所述多通道综合声学分析仪连接。
3. 如权利要求1所述的宽带阵列流型的测算系统，其特征在于，所述声源、转台、待测 传声器阵列放置在消声室或半消声室内。
4. 如权利要求1所述的宽带阵列流型的测算系统，其特征在于，所述转台是3D转台。
5. -种如权利要求1所述的宽带阵列流型的测算系统的测算方法，其特征在于，所述 方法包括W下步骤： 多通道综合声学分析仪生成待测带宽信号和待测声源入射角度的序列，所述待测带宽 信号是由多个单频信号叠加而成，每一单频信号的频率均为离散傅立叶变换的频率分辨率 的整数倍； 所述多通道综合声学分析仪控制转台转动，W带动待测传声器阵列至当前待测的声源 入射角度； 所述多通道综合声学分析仪控制声源播放所述待测宽带信号至结束，采集播放时间内 所述待测传声器阵列输出的传声器阵列信号并存储，若非首次采集，则同时根据前一声源 入射角度下存储的传声器阵列信号、基于快速傅立叶变换获得对应的阵列流型； 所述多通道综合声学分析仪若判断没有完成全部待测声源入射角度的测量，则返回所 述多通道综合声学分析仪控制转台转动，W带动待测传声器阵列至当前待测的声源入射角 度的步骤，直至完成全部待测声源入射角度的测算为止。
6. 如权利要求5所述的宽带阵列流型的测算系统的测算方法，其特征在于，所述多通 道综合声学分析仪生成待测带宽信号的步骤又包括W下步骤： 多通道综合声学分析仪根据待测带宽，确定最低采样频率； 所述多通道综合声学分析仪构造单频信号组，所述单频信号组包括多个单频信号，每 一单频信号的频率不同且均为离散傅立叶变换的频率分辨率的整数倍； 所述多通道综合声学分析仪将所述单频信号组内各单频信号叠加，得到所述待测带宽 信号。
7. 如权利要求5所述的宽带阵列流型的测算系统的测算方法，其特征在于，所述根据 前一声源入射角度下存储的传声器阵列信号、基于快速傅立叶变换获得对应的阵列流型的 步骤又包括W下步骤： 所述多通道综合声学分析仪对前一声源入射角度下存储的传声器阵列信号中、各传声 器通道的信号分别进行快速傅立叶变换并除w快速傅立叶变换的序列点数，得到一中间矩 阵； 所述多通道综合声学分析仪在所述中间矩阵中，取每一频率对应位置的数值，得到在 对应声源入射角度时的对应频率的阵列流型。
8.如权利要求5所述的宽带阵列流型的测算系统的测算方法，其特征在于，所述多通 道综合声学分析仪若判断完成全部待测声源入射角度的测量，则所述方法还包括W下步 骤： 所述多通道综合声学分析仪控制声源播放待测宽带信号，同时W 10倍采样率数据长 度分析计算声压级频谱； 所述多通道综合声学分析仪将所述声压级频谱中各频率信号的声压级减去近旁噪声 级作为对应频率的信噪比； 所述多通道综合声学分析仪检索预存的信噪比与参数测量误差关系图，得到相应信噪 比对应的阵列流型精度，所述信噪比与参数测量误差关系图用W表明信噪比、阵列流型中 幅度估计的最大误差、阵列流型中相位角估计的最大误差之间的对应关系。
【文档编号】H04R29/00GK104469647SQ201410797463
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】周印龙, 张皓, 侯志国, 李志宇, 杨博, 江丽, 万众 申请人:中国电子科技集团公司第三研究所