[发明专利]一种基于随机传声器阵列的运动物体声场测量方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的是提出一种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。

本发明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d，

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L₁、高度为H₁，待测运动物体所在平面R的长度为L₂、高度为H₂，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L₁和高度H₁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k₁×d、k₂×d，其中k₁、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k₁×k₂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k₁×k₂预设置点；

(4)在上述k₁×k₂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N₁次，生成N₁个随机传声器阵列；

(5)计算上述N₁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(片₁/d，L₁/d)，计算基线向量终点在第1坐标环上的所有基线向量数M₁，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K₁，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K₂，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N₁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M₁≤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K₁≤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K₂≥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K₂≥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K₂≥10，则进行步骤(c)；

(c)若上述基线向量数K_U≥4，则选择该随机传声器阵列；