[发明专利]基于合成孔径的多阵元超声波声源三维成像方法及系统

说明书

本发明涉及基于合成孔径的多阵元超声波声源三维成像方法及系统，其方法包括步骤：S1以第一预设距离为步长，标定多个与麦克风阵列平行的虚平面；S2选择其中一个虚平面，麦克风阵列成像仪在该虚平面上按预设轨迹移动第二预设距离；S3分别基于移动过程中的多个位置处麦克风阵列成像仪接收到的声源信号形成多个波束；S4基于形成的多个波束进行声源成像，并记录该虚平面成像热力图的最大值；S5重复步骤S2‑S4，直至完成所有虚平面成像热力图的最大值记录；S6比较所有虚平面成像热力图的最大值大小，选取最大数值对应的成像热力图作为声源三维成像图。本发明可在不增加超声波麦克风阵元的情况下，实现对声源信号的三维定位并提高信号信噪比和成像清晰度。

技术领域

本发明属于声源信号检测技术领域，具体涉及基于合成孔径的多阵元超声波声源三维成像方法及系统。

背景技术

空间声源定位是噪声与振动控制领域中的一个重要问题。波束形成技术是一项处理阵列信号的技术，应用于声呐、雷达等领域，传统波束形成技术需要传感器数量多，计算复杂，一般是针对声源离接收点较远的情况。对于船舱、车辆内部这种声源离接收点较近的情况，若采用较少的传感器，运用传统的波束形成算法，对于远场平面波声源定位，不能取得很好的结果，也无法对声源的三维位置进行较好定位。

多阵元超声波成像技术利用多阵元成像可以很好的提高信号的信噪比。但是阵元数量增多，会带来经济成本增加，同时计算复杂度也会提升。

声学成像仪是基于麦克风阵列测量技术，通过测量一定空间内的声波到达各麦克风的信号的相位差异，并应用一定的声源位置估算方法确定声源的分布，测量声源的幅值，并以图像的方式显示声源在空间中分布的仪器。仪器将声源分布图像用颜色或亮度代表声源信号强弱分布，并将声源分布图像同光学摄像头画面融合呈现最终测试结果。

基于声学成像仪器还原声场分布的功能特点可以用于用各类声源分布相关的测试、测量应用场景。早期该类技术主要应用汽车制造行业用于测量汽车行驶噪声品质检测，应用于飞机制造行业测量飞机飞行时声场分布状态。近些年随着声学成像仪器低成本方案的出现，该类仪器也渐渐开始应用于各类带压气体泄漏检测和电力设备局部放电检测等行业。

综上所述，一种在不增加超声波麦克风阵元的情况下，能够实现对声源信号的三维定位并提高信号信噪比和成像清晰度的技术迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供基于合成孔径的多阵元超声波声源三维成像方法及系统，可在不增加超声波麦克风阵元得情况下，实现对声源信号的三维定位并提高信号信噪比和成像清晰度。

本发明采用以下技术方案：

基于合成孔径的多阵元超声波声源三维成像方法，包括步骤：

S1、以第一预设距离为步长，标定多个与麦克风阵列平行的虚平面；

S2、选择其中一个虚平面，麦克风阵列成像仪在该虚平面上按预设轨迹移动第二预设距离；

S3、分别基于移动过程中的多个位置处麦克风阵列成像仪接收到的声源信号形成多个波束；

S4、基于形成的多个波束进行声源成像，并记录该虚平面成像热力图的最大值；

S5、重复步骤S2-S4，直至完成所有虚平面成像热力图的最大值记录；

S6、比较所有虚平面成像热力图的最大值大小，选取最大数值对应的成像热力图作为声源三维成像图。

作为优选方案，步骤S1中，第一预设距离为0.05m~0.1m。

作为优选方案，步骤S2中，预设轨迹为一直线。

作为优选方案，步骤S2中，麦克风阵列成像仪移动速度为1m/s~3m/s。