動(dòng)聲源定位的隨機(jī)傳聲器陣列結(jié)構(gòu) 生成方法及其實(shí)驗(yàn)研究
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- 運(yùn)動(dòng)聲源定位的隨機(jī)傳聲器陣列結(jié)構(gòu)生成方法及其實(shí)驗(yàn)研究.pdf
目 錄
摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I
Abs仃act⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯III
主要符號(hào)表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．V
第1章緒論⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1
1．1研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1
1．2研究目的與意義⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2
1．3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3
1．3．1波束形成技術(shù)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3
1．3．2運(yùn)動(dòng)聲源定位技術(shù)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
1．3．3隨機(jī)傳聲器陣列技術(shù)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5
1．4本文主要研究?jī)?nèi)容與章節(jié)安排⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6
1．4．1本文的主要研究?jī)?nèi)容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6
1．4．2本文的章節(jié)安排⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8
第2章傳聲器陣列聲源定位的理論研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯lO 2．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10
2．2傳聲器陣列聲源定位的波束形成方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯lO 2．2．1波束形成技術(shù)機(jī)理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0
2．2．2遠(yuǎn)場(chǎng)與近場(chǎng)的聲源定位算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11
2．3傳聲器陣列聲源定位的關(guān)鍵參數(shù)分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15
2．3．1方向矩陣的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．15
2．3．2基陣結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．16
2．4規(guī)則傳聲器陣列結(jié)構(gòu)的波束形成分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19
2．4．1一維均勻直線陣列⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～19
2．4．2均勻圓形陣列⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．20
2．4．3矩形網(wǎng)格陣列⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．22
2．4．4規(guī)則陣列定位運(yùn)動(dòng)聲源的不足⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．23
2．5本章小結(jié)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．24
第3章隨機(jī)傳聲器陣列結(jié)構(gòu)的生成方法研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25
3．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．25
3．2隨機(jī)陣列結(jié)構(gòu)的影響參數(shù)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25 3．2．1定位運(yùn)動(dòng)聲源的陣元最小間距⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．25 3．2．2非等間距同軸圓環(huán)的半徑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．27
青島理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文
3．3極坐標(biāo)下的隨機(jī)陣列結(jié)構(gòu)生成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．29
3．3．1基礎(chǔ)網(wǎng)點(diǎn)陣列的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．29
3．3．2陣列面的分區(qū)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30 3．3．3極坐標(biāo)下陣元位置的篩選⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯33 3．3．4陣列定位性能的條件篩選⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯35 3．3．5隨機(jī)陣列結(jié)構(gòu)的生成流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯37 3．4本章小結(jié)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．38 第4章隨機(jī)傳聲器陣列的聲源定位性能評(píng)價(jià)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一39 4．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯39 4．2聲源定位性能的評(píng)價(jià)參數(shù)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一39 4．2．1陣列方向圖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40 4．2．2主瓣波束寬度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4l 4．2．3陣列分辨率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．42 4．2．4測(cè)量截止頻率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43 4．2．5旁瓣抑制比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43 4．3隨機(jī)陣列的聲源定位性能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44 4．3．1目標(biāo)隨機(jī)陣列的聲源定位分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44 4．3．2規(guī)則陣列的聲源定位分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯46 4．3．3隨機(jī)陣列與規(guī)則陣列的對(duì)比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 4．4本章小結(jié)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．53 第5章實(shí)驗(yàn)研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．54 5．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．54 5．2實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．54 5．3實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯56 5．3．1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#8943;⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯56 5．3．2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及參數(shù)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯57 5．4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．60 5．5本章小結(jié)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．62 總結(jié)與展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯63 參考文獻(xiàn)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯65 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及科研工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯71 致謝⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯73 附錄⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯75
II
青島理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文
摘要
運(yùn)動(dòng)聲源的定位問題是噪聲與振動(dòng)控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文針對(duì)規(guī)
則傳聲器陣列在定位運(yùn)動(dòng)聲源方面的局限性，研究了運(yùn)動(dòng)聲源的傳聲器陣列定位
方法以及陣列結(jié)構(gòu)對(duì)聲源定位精度的影響，通過理論分析與仿真計(jì)算，提出了一
種高效的隨機(jī)傳聲器陣列結(jié)構(gòu)生成方法及其聲源定位性能的定量化評(píng)價(jià)依據(jù)，有
效提高了傳聲器陣列的運(yùn)動(dòng)聲源定位精度。本文主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
(1)以波束形成原理為基礎(chǔ)，深入探討了該算法的聲源定位機(jī)理，分析了多
種陣列結(jié)構(gòu)的定位原理，并給出了不同基陣結(jié)構(gòu)對(duì)聲源定位結(jié)果產(chǎn)生的影響及其
原因。
(2)在明確了陣列結(jié)構(gòu)對(duì)聲源定位影響的基礎(chǔ)上，提出應(yīng)用隨機(jī)陣列結(jié)構(gòu)定
位運(yùn)動(dòng)聲源。通過研究運(yùn)動(dòng)聲源定位原理以明確生成隨機(jī)傳聲器陣列的目的，推
導(dǎo)非等間距同軸圓環(huán)半徑的計(jì)算以確定基礎(chǔ)網(wǎng)點(diǎn)陣列，分析陣列孔徑理論，為陣
列分區(qū)提供理論依據(jù)。
(3)在極坐標(biāo)下，以非等間距同軸圓環(huán)陣列為基礎(chǔ)網(wǎng)點(diǎn)陣列，創(chuàng)新性地提出
通過控制極徑與極角，按照“陣列分區(qū)一條件篩選一評(píng)價(jià)篩選”的步驟，生成用
于定位運(yùn)動(dòng)聲源的目標(biāo)隨機(jī)傳聲器陣列結(jié)構(gòu)，并通過Matlab編程實(shí)現(xiàn)了該生成方
法。
(4)對(duì)目標(biāo)隨機(jī)傳聲器陣列的各性能參數(shù)進(jìn)行研究，并將其與規(guī)則陣列的定
位性能加以對(duì)比分析，從理論上驗(yàn)證了生成的目標(biāo)隨機(jī)傳聲器陣列具有良好的聲
源定位性能。
(5)將目標(biāo)隨機(jī)陣列搭建成實(shí)際傳聲器陣列，在外場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)汽車進(jìn)行聲源定
位實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明目標(biāo)隨機(jī)傳聲器陣列具有良好的運(yùn)動(dòng)聲源定位性能，驗(yàn)證
了本文所提出的隨機(jī)傳聲器陣列結(jié)構(gòu)生成方法的可行性與有效性。
關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)聲源：隨機(jī)陣列；傳聲器陣列；波束形成；基陣結(jié)構(gòu)
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