[发明专利]一种高压水射流靶物识别传声器阵列优化设计方法

摘要

本发明公开一种高压水射流靶物识别传声器阵列优化设计方法，本发明利用圆弧形传声器阵列进行靶物探测定位,介绍了基于到达时间差的声源定位原理的圆弧形传声器阵列的探测定位原理。利用YG‑201型传声器阵列搭建了仿真实验装置，利用LabVIEW和Matlab软件编制了相应的数据采集与处理软件，进行了圆弧形传声器阵列探测定位精度对和阵列参数优化实验，本发明提高了高压水射流靶物探测中的靶物定位精度。

主权项

一种高压水射流靶物识别传声器阵列优化设计方法，弧型传声器阵列中传声器均匀在分布在一个圆弧上，由三个传声器均匀分布在圆弧O、A、B三点上，中间的传声器作为直角坐标系的原点，两边均匀分布等数量的传声器。其中P为声源的位置，∠BOx为α，为两个相邻传声器连线与x轴正半轴的夹角，α取不同的值表示不同直径的圆弧。∠POx为θ，即声源、中间传声器连线与x轴正半轴的夹角。m为两个相邻传声器的距离，m和α为传声器阵列的参数。R为声源与中间传感器的距离，求出R和θ的值可得出声源在坐标系中的位置。根据几何关系可得出下列关系式：cos(θ-α)=R2+m2-(R-c·τ1)22×R×m]]>其中，m‑‑‑‑‑‑两侧传声器距中间传声器的距离；τ1‑‑‑‑‑‑‑右边传声器与中间传声器的时间差；τ‑1‑‑‑‑‑‑‑左边传声器与中间传声器的时间差。由上述两种传声器阵列定位原理可知，计算出声源到每个传声器的时间延迟，可以根据时延估计法可得出声源的位置，因此准确计算出每个传声器之间的时间差对于精确估计生源位置非常重要。广义互相关时延估计法(GCC)是一种经典的时延估计方法。它是通过建立两个传声器接收到的信号间的互相关函数，取其峰值位置来获得时延估计。两个传声器接收到的信号间的互相关函数R0i(τ)可表示如下：R0i(τ)＝E[x0(t)xi(t‑τ)]式中E(·)表示数学期望，x0(t)和xi(t‑τ)分别表示标号为0和i的传感器在t时刻采集到的靶物反射声信号，τ为两信号间的时延。由于不同靶物对应的高压水射流反射声不同，因此可以对每个传声器采集的信号进行处理，提取反映靶物的信号进行互相关函数运算，进而计算出公式中的τ，即可得到某种靶物反射声传递至两个传声器之间的时间差，进而判断出声源(靶物)的位置。