[发明专利]一种基于矢量传声器阵列的低频噪声源定位装置及方法

权利要求书

1.一种基于矢量传声器阵列的低频噪声源定位装置，其特征在于，包括：

运载车，用于实现所述低频噪声源定位装置的整体移动；

多个矢量传声器，用于采集待测区的噪声信号；

图像采集模块，用于采集待测区的图片或视频信息；

工控机，用于根据所述多个矢量传声器获得的噪声信号和所述图像采集模块获得的图片或视频信息，将噪声能量分布与图片或者视频叠加起来，生成声音图片或者声音视频，显示待测区的噪声分布，获取低频噪声源位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于矢量传声器阵列的低频噪声源定位装置，其特征在于，还包括：数据采集模块和阵列支撑架；

所述阵列支撑架、所述数据采集模块和所述工控机均固定安装在所述运载车上；

所述多个矢量传声器固定安装在所述阵列支撑架上，所述多个矢量传声器呈网格阵列形式排布；所述多个矢量传声器的方向统一；每个矢量传声器的采集端均用于采集待测区的噪声信号，其信号输出端均与所述数据采集模块的信号输入端相连接，所述数据采集模块的信号输出端与所述工控机的信号输入端相连接；

所述工控机加载有噪声源分析算法程序，所述噪声源分析算法程序基于传声器阵列信号处理的波束形成方法编写。

3.根据权利要求1所述的一种基于矢量传声器阵列的低频噪声源定位装置，其特征在于，低频噪声的频率范围为100～500Hz。

4.根据权利要求1所述的一种基于矢量传声器阵列的低频噪声源定位装置，其特征在于，所述多个矢量传声器呈正方形阵列形式排布。

5.根据权利要求2所述的一种基于矢量传声器阵列的低频噪声源定位装置，其特征在于，所述阵列支撑架为可拆卸的镂空支撑架结构。

6.根据权利要求2所述的一种基于矢量传声器阵列的低频噪声源定位装置，其特征在于，所述图像采集模块采用高清USB摄像机；所述数据采集模块采用NI PXle数据采集系统。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种基于矢量传声器阵列的低频噪声源定位装置，其特征在于，

使用时，在所述低频噪声源定位装置与待测区之间的地面上铺设有消声棉；

使用时，所述低频噪声源定位装置与待测区的距离满足近场条件。

8.一种基于矢量传声器阵列的低频噪声源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过矢量传声器阵列对待测区进行噪声采样；

步骤2：记在待测点处采集到的所有通道数据为x，根据所有通道数据x构造矢量阵列的数据协方差矩阵R；其中，数据协方差矩阵R的构造表达式为：R＝E(xx^H)；构造待测点处矢量传声器阵列的导向向量；

步骤3：根据步骤2获得的数据协方差矩阵和导向向量，求得待测点的能量，表达式为：P＝E(yy^H)＝w^HRw；其中，y＝w^Hx；

步骤4：重复步骤2和步骤3直至遍历整个待测平面，获得待测平面的噪声分布，能量最高点作为低频噪声源的位置。

9.根据权利要求8所述的一种基于矢量传声器阵列的低频噪声源定位方法，其特征在于，

步骤1中，所述矢量传声器阵列呈网格阵列形式排布；

步骤2中，导向向量的表达式为：

其中，w^(i,p),w^(i,x),w^(i,y),w^(i,z)分别表示第i个阵元的声压、振速x、振速y、振速z通道，r₀表示待测点的坐标，r_m表示第m个阵元的坐标，c表示空气中的声速，θ_m和表示以第m个阵元作为坐标原点时待测点的空间方位角和俯仰角。

10.根据权利要求8或9所述的一种基于矢量传声器阵列的低频噪声源定位方法，其特征在于，所述矢量传声器阵列与待测区之间的地面上铺设有消声棉；所述矢量传声器阵列与待测区的距离满足近场条件。