一种循环平稳声源的快速波束形成定位方法及装置

本发明涉及一种波束形成定位方法，特别是针对循环平稳声源的波束形成定位方法，属于噪声识别。

背景技术：

1、机械设备在工作过程中都会产生噪声，而噪声也被视为一种环境污染源。因此，人们对降低机械设备产生的噪声的强度越来越关注，也有相关的法律法规出台对可能产生噪声污染的工业设备进行规范。

2、对机械设备进行降噪的前提需要确定噪声源。目前，基于传声器阵列的声学成像技术在工业领域得到了应用。该技术的核心思想是使用传声器阵列测量的声场数据来推断感兴趣区域的声学物理量，并获得声学图像。所获得的声学图像可用于噪声源识别，以及基于声学的故障诊断等方面。根据成像原理，目前公认的声学成像方法可分为两类：声学波束形成和近场声学全息。

3、循环平稳信号是一类特殊的非平稳信号，其统计量呈现出周期性变化(对于旋转机械来说一般关注一阶和二阶统计量)。旋转机械辐射声信号的循环平稳性是通过多个机械部件的旋转和往复运动产生的。不同的旋转部件所对应的循环频率不同。本申请的发明人为定位旋转机械中具有不同循环频率的不同声源而发明了一种声源定位方法，并形成名称为“localization of cyclostationary acoustic sources via cyclostationarybeamforming and its high spatial resolution implementation”的科研论文发表在mechanical systems and signal processing杂志上。

4、但前述声源定位方法仍存在有不足：由于仅采用了一个参考传声器，因此当存在多个非相干声源时，该方法不能有效识别多个非相干声源。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的不能有效识别多个非相干声源的问题，本发明提供了一种循环平稳声源的快速波束形成定位方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种循环平稳声源的快速波束形成定位方法，包括如下步骤：

4、a、利用具有多个通道的传声器阵列对待测声源的声信号进行测量，所述待测声源至少包含2个非相干声源；

5、b、选择循环频率与频谱频率；

6、还包括如下步骤：

7、c、选定r个参考传声器，r大于等于待测的非相干声源的数量；

8、d、计算所述传声器阵列中各通道测得的声信号与所述参考传声器测得的声信号的互循环谱相关矩阵计算所述参考传声器测得的声信号与所述传声器阵列中各通道测得的声信号的互循环谱相关矩阵计算所述参考传声器测得的声信号之间的互循环谱相关矩阵

9、e、根据互循环谱矩阵快速计算公式，得到所述传声器阵列中各通道测得的声信号之间的互循环相关谱矩阵；

10、f、根据所述传声器阵列中各通道测得的声信号之间的所述互循环谱相关矩阵生成声像图。

11、可选地，步骤a中进行所述测量的方法包括同步测量法，步骤c在所述传声器阵列中选定所述r个参考传声器。

12、可选地，步骤a中进行所述测量的方法包括非同步测量法，步骤c选定的所述r个参考传声器为预先设定的参考传声器。

13、可选地，步骤e中得到所述互循环谱矩阵的公式为：

14、

15、其中，为所述传声器阵列中各通道测得的声信号之间的所述互循环谱相关矩阵。

16、执行如前所述一种循环平稳声源的快速波束形成定位方法的装置，包括输入模块、中心计算模块和图像生成模块；

17、所述输入模块接收数据包括：步骤a获得的所述声信号、步骤b获得的循环频率与频谱频率以及对所述参考传声器的选定；

18、所述中心计算模块接收所述输入模块接收的所述数据并：计算所述传声器阵列中各通道测得的声信号与所述参考传声器测得的声信号的互循环谱相关矩阵计算所述参考传声器测得的声信号与所述传声器阵列中各通道测得的声信号的互循环谱相关矩阵计算所述参考传声器测得的声信号之间的互循环谱相关矩阵根据互循环谱矩阵快速计算公式，得到所述传声器阵列中各通道测得的声信号之间的互循环谱相关矩阵；

19、所述图像生成模块根据所述传声器阵列中各通道测得的声信号之间的所述互循环谱相关矩阵生成声像图。

20、本发明的技术效果如下：

21、本发明的循环平稳声源的快速波束形成定位方法及装置设定多个参考传声器进行测量，并基于多个参考传声器形成有效的传声器阵列中各通道测得的声信号之间的互循环谱相关矩阵，因此，能够利用该互循环谱相关矩阵生成的声像图识别存在的多个非相干声源，实现了本发明的目的。

22、上述可选方式所具有的进一步效果，将在下文中结合具体实施方式加以说明。

技术特征：

1.一种循环平稳声源的快速波束形成定位方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述一种循环平稳声源的快速波束形成定位方法，其特征在于：步骤a中进行所述测量的方法包括同步测量法，步骤c在所述传声器阵列中选定所述r个参考传声器。

3.根据权利要求1所述一种循环平稳声源的快速波束形成定位方法，其特征在于：步骤a中进行所述测量的方法包括非同步测量法，步骤c选定的所述r个参考传声器为预先设定的参考传声器。

4.根据权利要求1所述一种循环平稳声源的快速波束形成定位方法，其特征在于：步骤e中得到所述互循环谱矩阵的公式为：

5.执行如权利要求1所述一种循环平稳声源的快速波束形成定位方法的装置，其特征在于：包括输入模块、中心计算模块和图像生成模块；

技术总结
本发明提供了一种循环平稳声源的快速波束形成定位方法及装置。其中方法包括如下步骤：利用具有多个通道的传声器阵列对待测声源的声信号进行测量；选择循环频率与频谱频率；选定ρ个参考传声器；计算所述传声器阵列中各通道测得的声信号与所述参考传声器测得的声信号的互循环谱相关矩阵；计算所述参考传声器测得的声信号与所述传声器阵列中各通道测得的声信号的互循环谱相关矩阵；计算所述参考传声器测得的声信号之间的互循环谱相关矩阵；得到所述传声器阵列中各通道测得的声信号之间的互循环谱相关矩阵；生成声像图。采用本发明的技术方案能够有效识别多个非相干声源。本发明的技术方案可以广泛应用于噪声识别技术领域。

技术研发人员：肖友洪,张晨宇,王冉,余亮,季慧志,于明杰
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19