[发明专利]一种基于虚拟球阵列扩展技术的噪声源定位识别方法

说明书

本发明提供一种基于虚拟球阵列扩展技术的噪声源定位识别方法，具体地说是将基于波束形成正则化矩阵的虚拟阵列扩展技术与空心球阵相结合，得到虚拟双半径空心球阵列和通过‘声压‑振速’联合处理获得的具有心形指向性的虚拟阵元组成的空心球阵列。该方法可有效地克服了单层空心球阵在其径向函数零点(球贝塞尔函数极小值)对应的频率定位不稳定问题，从而提高了噪声源定位识别精度。

技术领域

本发明涉及一种基于虚拟球阵列扩展技术的噪声源定位识别方法。

背景技术

准确获取目标的主要噪声源空间分布特性，是有针对性开展减振降噪工作的重要环节。相比其它阵列形式，球形传声器阵列具有全空间指向性和三维对称性，可同时获得到三维空间的声场分布信息。另外，相较于刚性球阵，空心球阵对声场影响较小。因此，开展基于空心球阵的噪声源定位识别方法研究具有重大的工程应用价值。

基于平面波假设的球谐函数波束形成算法最早由Jens Meyer与Gary Elko于2002年提出(A highly scalable spherical microphone array based on an orthonormaldecomposition of the sound field[C]//IEEE International Conference onAcoustics,Speech and Signal Processing.Orlando,FL,United states,May 2002,2:1781-1784.)。在此基础上，T.D.Abhayapala和D.B.Ward给出了空心球阵的设计方法(Theory and design of high order sound field microphones using sphericalmicrophone array[C].IEEE International Conference on Acoustics,Speech,andSignal Processing,2002:II-1949-II-1952.)。单层空心球阵的径向函数在某些频率处存在零点，导致定位方法在这些频点处的稳健性差，此时较小的阵列位置误差、噪声便导致定位结果变差甚至失效。针对以上问题，2007年，I.Balmages和B.Rafaely等设计了双半径空心球阵和虚拟空心球阵列(阵元具有心形指向性)。通过双层阵联合处理方法克服了单层空心球阵的径向函数零点问题。(Open-sphere designs for spherical microphone arrays[J].IEEE Trans.Audio,SpeechLanguage Process.,2007,15(2):727-732.)，(High-resolution plane-wave decomposition in an auditorium using a dual-radiusscanning spherical microphone array[J].J.Acoust.Soc.Am.,2007,122(5):2661-2668.)。但是在实际工程应用中采用双层阵列形式，需要大量传感器，测量成本高，测量系统庞大复杂。

针对上述问题，本发明将基于波束形成正则化矩阵的虚拟阵列扩展技术与空心球阵相结合，构建虚拟双半径空心球阵列和虚拟空心球阵列(矢量传声器)列，采用球谐函数展开波束形成算法，提出了适用于球形阵列的三维空间噪声源定位识别方法。该方法显著提高了噪声源定位识别精度，同时降低测量系统复杂度，节约成本。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于虚拟球阵列扩展技术的噪声源定位识别方法，将基于波束形成正则化矩阵的虚拟阵列扩展技术与空心球阵相结合，得到虚拟双半径空心球阵列和通过‘声压-振速’联合处理获得的具有心形指向性的虚拟阵元组成的空心球阵列。该方法可有效地克服了单层空心球阵在其径向函数零点(球贝塞尔函数极小值)对应的频率定位不稳定问题，从而提高了噪声源定位识别精度。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：