[发明专利]一种自定义坐标阵列噪声信号实时数据分析系统及方法

权利要求书

1.一种自定义坐标阵列噪声信号实时数据分析系统，包括采集前端、数据采集仪、通讯总线、交互终端和供电电源，其特征在于：

所述采集前端，为自定义坐标声学传感器阵列，用于对噪声信号进行实时采集；

所述数据采集仪，用于对采集前端采集的噪声信号进行预处理，并利用其包含的FPGA运算模块，对预处理得到的数据进行计算，得到阵列声学云图与光学云图匹配的实时成像结果；

所述实时成像结果通过通讯总线传输至交互终端并显示；

所述通讯总线，用于实现系统数据的传输通讯；

所述交互终端，用于交互指令下发以及声学成像结果的显示。

2.根据权利要求1所述的一种自定义坐标阵列噪声信号实时数据分析系统，其特征在于，所述数据采集仪对采集前端采集的噪声信号进行的预处理包括：放大、滤波及A/D转换。

3.根据权利要求1所述的一种自定义坐标阵列噪声信号实时数据分析系统，其特征在于，所述采集前端为麦克风阵列，即由多个麦克风按照一定的空间几何位置排列组成的阵列，用来采集空间中的声信号并实现滤波。

4.根据权利要求1所述的一种自定义坐标阵列噪声信号实时数据分析系统，其特征在于，所述FPGA运算模块基于相控阵波束形成原理计算得到声学云图，并以采集测量中同步记录的可见光图像为背景，通过几何配准将声学云图与可见光图像叠加，得到声学成像结果。

5.根据权利要求1所述的一种自定义坐标阵列噪声信号实时数据分析系统，其特征在于，所述交互指令包括系统的启动、停止和参数设置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种自定义坐标阵列噪声信号实时数据分析系统的噪声信号实时数据分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据实际现场需求对自定义坐标阵列排布的采集前端进行阵列参数设置，交互终端控制软件将自定义坐标阵列文件导入至数据采集仪硬件内部；

步骤2，采集前端实时采集噪声信号并传输至数据采集仪；

步骤3，数据采集仪预处理噪声信号，并通过FPGA运算模块进行计算，得到实时成像结果；

步骤4，实时成像结果通过通讯总线传输到交互终端进行显示。

7.根据权利要求6所述的一种自定义坐标阵列噪声信号实时数据分析方法，其特征在于，步骤1所述阵列参数包括几何参数和特征参数；

所述几何参数包括阵元间距、阵元空间几何形式、阵列孔径大小和阵元数目；

所述特征参数包括阵列的指向性、主瓣宽度、旁瓣大小和空间分辨率。

8.根据权利要求7所述的一种自定义坐标阵列噪声信号实时数据分析方法，其特征在于，所述阵列空间几何形式包括十字形、矩形、环形以及轮辐形。

9.根据权利要求6所述的一种自定义坐标阵列噪声信号实时数据分析方法，其特征在于，步骤3中，FPGA运算模块的成像方法为：

步骤3.1，FPGA运算模块读取已导入至数据采集仪内部的阵列坐标，并将坐标代入至底层运行程序中，对声发射表面进行网格划分，基于声波到不同声学传感器的传播时间，结合几何运算获取各网格节点到各声学传感器的声音传播时延，并根据声音传播时延，对采集的声波信号进行重构处理，得到重构声波信号；

步骤3.2，对重构声波信号和初始声波信号进行叠加处理，得到声学云图；

步骤3.3，根据声学云图和光学云图进行几何配准，生成声发射表面的声学成像结果。

10.根据权利要求9所述的一种自定义坐标阵列噪声信号实时数据分析方法，其特征在于，步骤3.2中，声学云图的各网格点的波束形成计算后输出的声压值计算表达式为：

式中，B为波束形成计算后输出的声压值，d为声源与声音传感器之间的距离，t表示采样时间，M为声学传感器数量，w_l为第l号声学传感器的加权系数，p_l(ω)为第l号声学传感器接收到信号，为重构信号，ω表示声音的圆频率，Δt_l为第l号声学传感器与参考声学传感器之间的时间延迟，j表示复数。