高精度球面阵聚焦声源定位方法研究.pdf

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1、第38卷第5期声学学报Vl0l_38．No．52013年9月ACTAACUSTICASept．，2013-．．jL__口精度球面阵聚焦声源定位方法研究同刘月婵何元安，2商德江尚大晶孙超(1哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001)(2船舶系统工程部北京10036)2012年4月12日收到2013年3月27日定稿摘要提出了一种高精度高空间分辨率球面阵聚焦声源定位方法一虚拟源法。该方法通过球面阵波束扫描获得实际声源的空间聚焦谱，并假定各扫描点为虚拟声源，将实际声源聚焦谱看作是全体虚拟源共同作用的结果，由此得到各虚拟源对声

2、场的贡献量，从而可实现声源精确定位。仿真研究分析了频率，阵列孔径，声场模态阶数，信噪比等参数对声源定位性能的影响，并与常规算法进行对比。结果显示，该方法不受频率和阵列孔径的限制，避免了空间“混淆”，能够进行高精度高分辨率声源定位，并具有良好的背景噪声抑制能力。PACS数：43．30，43．50Researchonahigh—resoluti0nsphericalbeamformingalgorithmforsoundsourcelocalizationLIUYuechanHEYuanan，。SHANGDejiangSHA

3、NGDajingSUNChao(1ScienceandTechnologyonUnderwaterAcousticsLaboratory，HarbinEngineeringUniversityHarbin150001)(2SystemEngineeringResearchInstituteBeijing100036)ReceivedApr．12，2012RevisedMar．27，2013AbstractAhigh—resolutionandhighprecisionsphericalarraybeamformingme

4、thodforsoundsourceslocalizationbasedonvirtualsourcesalgorithmisproposed．Bymeansofthesphericalarraybeamscanning，thefocusedspatialspectrumofactualsoundsourcescanbeobtainedandeachscanningpointisassumedtobethevirtualsoundsource．Theactualsourcesfocusedspectrumistheres

5、ultoffocusedbeamoutputbytheentirevirtualsources，andthenhighprecisionsoundsourcelocalizationcanberealizedbycalculatingthecontributionofeachvirtualsourcetothesoundfield．Comparedwiththeconventionalmethods，theperformanceoftheproposedmethodundersomeinfluencefactors，su

6、chasfrequencyjarrayaperture，soundfieldmodeordersandratioofsignaltonoiseisanalyzed．Thesimulationresultsshowthatthismethodisnotlimitedbyfrequencyandapertureofarray，efectivelyreducingthespatialaliasing．Thefocusedspatialspectrumindicatesthehigherresolutionsoundsource

7、slocationandthestrongerabilitytosuppressthefluctuationofthebackgroundnoise．在扫描盲区，球形阵由于良好的球对称性和旋转性易于实现三维空间声场分析和声源定位。引言球面阵列波束形成最初由Meyer和Elko提聚焦波束阵列信号处理技术因其优良的宽容性出[s-a】，声场被分解成若干阶球谐函数的叠加，并将和易操作性被广泛的应用到对飞机、汽车、舰船辐散射声场考虑到波束形成中，利用球谐函数的正交射噪声的探测与定位中。然而常规的阵列形式往往存性进行三维空间的多声源

8、定位。随后ZhiyunLi等术国家自然科学基金(11274080)和国防技术重点实验室基金(914Oc2007O21005)资助534声学学报2013正在此基础上采用遗传算法对阵元分布形式做了设计Bessel函数，YnTM为n阶球谐函数，为第一类n和优化[4-5]，降低了聚焦谱中的旁瓣影响。利用最小阶球Hankel函