[發(fā)明專(zhuān)利]一種大孔徑立體陣列結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210169879.3
• 申請(qǐng)日: 2012-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103364760A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阮元實(shí)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中科聲相（天津）科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01S5/18
• 分類(lèi)號(hào): G01S5/18
• 代理公司: 北京法思騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種大孔徑立體陣列結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

陣列結(jié)構(gòu)是指將多個(gè)傳聲器按照某種平面或者立體幾何形狀分布組合而成的聲學(xué)探測(cè)裝置，該裝置按照一定規(guī)律布放若干個(gè)聲學(xué)探測(cè)單元接收聲場(chǎng)聲學(xué)信號(hào)，通過(guò)聲源定位算法對(duì)多個(gè)聲源進(jìn)行同步定位，確定聲場(chǎng)的空間信息，并能夠增強(qiáng)期望信號(hào)和抑制背景噪聲和干擾源，提高聲源的定位精度和對(duì)無(wú)關(guān)信號(hào)的抑制能力，可以用于測(cè)量聲源或者聲場(chǎng)的分布情況，確定聲源位置，跟蹤移動(dòng)的聲源，該裝置可應(yīng)用于聲學(xué)測(cè)量領(lǐng)域中，如機(jī)器設(shè)備的噪聲測(cè)量、移動(dòng)目標(biāo)的跟蹤、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)噪聲的快速測(cè)量定位、機(jī)器噪聲故障診斷等領(lǐng)域，大孔徑立體陣列結(jié)構(gòu)特別適合于大型目標(biāo)和低頻聲源的測(cè)量定位。

常用的聲學(xué)探測(cè)陣列結(jié)構(gòu)主要包括直線(xiàn)陣列結(jié)構(gòu)、平面陣列結(jié)構(gòu)、立體陣列結(jié)構(gòu)。直線(xiàn)陣列結(jié)構(gòu)是指所有陣元位于同一直線(xiàn)上，陣元按照一定規(guī)律分布的陣列結(jié)構(gòu)形式，只能確定聲源目標(biāo)的方位角，無(wú)法確定聲源的仰角，無(wú)法分辨聲源位于直線(xiàn)的哪一側(cè)。平面陣列結(jié)構(gòu)是指所有陣元位于同一平面上的上陣列結(jié)構(gòu)形式，陣元在平面上可以按照不同的規(guī)律分布，可以定位聲源的方位角和仰角，但無(wú)法進(jìn)行空間三維定位。立體陣列結(jié)構(gòu)是在三維空間上按照一定的規(guī)律分布的立體陣列形式，可以對(duì)三維空間的聲源進(jìn)行定位，并且可以設(shè)計(jì)大孔徑的陣列形式，使得陣列的空間分辨率更高，陣列的測(cè)量頻率下限更低，并且可以分辨前后方向的聲源。利用立體陣列結(jié)構(gòu)，在三維空間上采集聲學(xué)信號(hào)，按照特定的算法對(duì)空間聲場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算分析，得到空間聲場(chǎng)的分布情況，并與前端攝像頭采集的時(shí)頻圖像融合疊加，得到直觀(guān)的聲源定位圖。立體陣元結(jié)構(gòu)特別適合于低頻大目標(biāo)的聲源定位測(cè)量。

立體陣列結(jié)構(gòu)的陣元分布對(duì)陣列的探測(cè)性能有重要的影響。按照合理形式分布的陣型不但能夠使得陣列具有較高的空間分辨率，而且具有較高的旁瓣抑制能力，對(duì)于非期望方向的來(lái)波干擾具有較強(qiáng)的抑制能力，從而得到較精確地定位結(jié)果，同時(shí)不會(huì)將干擾信號(hào)作為聲源得到錯(cuò)誤的定位結(jié)果。性能優(yōu)良的立體陣元結(jié)構(gòu)不僅可以精確測(cè)量出聲源的位置，得到高信噪比的目標(biāo)信號(hào)，而且可以有效降低虛源效應(yīng)，得到準(zhǔn)確的聲源定位結(jié)果。立體陣元結(jié)構(gòu)特別適合于低頻大目標(biāo)外場(chǎng)測(cè)量，尺寸較大，但要求穩(wěn)固、易安裝便攜、可靠。

現(xiàn)有的大孔徑立體陣列采用3根長(zhǎng)桿或者5根長(zhǎng)桿形式，如德國(guó)Acoustic?Camera的星形陣采用的3根長(zhǎng)桿形式，總共有36個(gè)陣元，每根長(zhǎng)桿無(wú)法拆卸折疊安裝，因此，陣元孔徑尺寸、桿和陣元數(shù)目都會(huì)受到限制；每個(gè)桿上陣元的分布完全相同；每個(gè)桿的信號(hào)線(xiàn)匯集一起外露在外面，易于受損。丹麥B&K公司的星形陣列采用5根桿的形式，每根桿上陣元按相同規(guī)律分布，單桿無(wú)法做到拆卸或折疊安裝。因此，現(xiàn)行推廣的立體陣列的單根桿無(wú)法拆卸或折疊，導(dǎo)致立體陣列陣體較大，造成使用、安裝和運(yùn)輸上的不便，導(dǎo)致了必須在陣列陣體尺寸和使用、運(yùn)輸方便攜性、穩(wěn)固性方面做一些妥協(xié)，限制了立體陣列的大孔徑優(yōu)勢(shì)。另外，在安裝方面，現(xiàn)有的立體陣列結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)桿組成陣體直接安裝在支架上，主要用于仰視角度上的目標(biāo)噪聲測(cè)量，在平視或俯視情況下，會(huì)存在重心失衡問(wèn)題，導(dǎo)致安裝不穩(wěn)固。

因此，陣列的孔徑較小，運(yùn)輸安裝不變，并且每根桿上陣元分布一致，造成陣列的性能沒(méi)有達(dá)到最佳。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有陣元結(jié)構(gòu)在探測(cè)精度、虛源效應(yīng)、安裝結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性等方面的缺點(diǎn)及不足，從而提供一種具有大孔徑、高探測(cè)精度、低測(cè)量頻率下限的陣元結(jié)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案所提供的一種大孔徑立體陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，該大孔徑立體陣列結(jié)構(gòu)包括：中心支撐平臺(tái)和若干圓桿11，所述的若干圓桿11和中心支撐平臺(tái)固定裝配；

所述的中心支撐平臺(tái)包括依次同軸套設(shè)的攝像頭基座7、前端盤(pán)6、圓筒4和平臺(tái)安裝基座1，所述的圓筒4通過(guò)前端插銷(xiāo)與平臺(tái)安裝基座連接，圓筒4另一端套接前端盤(pán)6，所述的攝像頭基座7套接在前端盤(pán)6上；

所述的圓桿11上安裝有陣元基座10，該圓桿11通過(guò)平臺(tái)安裝基座1上的圓桿連接件2和圓桿支撐件3連接在平臺(tái)安裝基座1上，并與支撐平臺(tái)中心線(xiàn)維持一定的角度。所述的攝像頭基座7，用于固定攝像頭。

作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的圓桿11由三根短桿連接固定而成，以便于組裝和運(yùn)輸。所述的三根短桿之間通過(guò)彈簧連接，相鄰兩根短桿之間通過(guò)彈簧伸縮進(jìn)行組裝與折疊。或，所述的三根短桿的直徑由頂端的第三短桿向末端的第一短桿遞減，相鄰兩根短桿之間通過(guò)套筒套合連接，以方便組裝與拆卸。