[發明專利]一種基于近場波束形成的碰摩聲發射源的定位方法

無效

• 申請號: 201210397821.4
• 申請日: 2012-10-18
• 公開（公告）號: CN102928818A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 鄧艾東;童航;秦康;曹浩
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲;朱芳雄

1.一種基于近場波束形成的碰摩聲發射源的定位方法，其特征在于，該定位方法包括以下步驟：

步驟10）安裝聲發射傳感器：在碰摩試驗裝置上沿同一直線等距安裝M個聲發射傳感器，構成陣元為M的直線陣列，該直線陣列獲得碰摩源聲發射信號，碰摩源聲發射信號為寬帶信號；M為大于等于3的整數；

步驟20）進行時域分解：將聲發射傳感器接收到的M組聲發射信號在時域上分成S個時域數據段，每一時域數據段的長度均為N₀個點；

步驟30）對每一時域數據段做快速傅立葉變換：令聲發射信號的采樣頻率為f₀，對每一時域數據段上的數據進行快速傅立葉變換，形成一個帶寬為f₀/2的頻帶，在頻帶范圍f_l～f_h內劃分K個互不重疊的子帶，即頻點數為K，f_l表示頻帶范圍的下限，f_h表示頻帶范圍的上限，在每個子帶上分別形成S個頻率快拍，

X(n,f_k)=[X₁(n,f_k)??X₂(n,f_k)??…??X_M(n,f_k)]

式中，n表示S個頻率快拍中的一個頻率快拍，n=1,…,S；k=1,…,K，f_k表示第k個頻點的頻率，X(n,f_k)表示所有信號第n個頻率快拍的頻率為f_k的頻率分量，X₁(n,f_k)表示M組陣列中的第1組聲發射信號中的第n個頻率快拍中頻率為f_k的頻率分量，X₂(n,)表示M組陣列中的第2組聲發射信號中的第n個頻率快拍中頻率為f_k的頻率分量；X_M(n,f_k)表示M組陣列中的第M組聲發射信號中的第n個頻率快拍中頻率為f_k的頻率分量；

步驟40）測算各頻率下協方差矩陣和方向矢量：

在頻率X(n,f_k)下的協方差矩陣為：

R~x(fk)=1SΣn=1SX(n.fk)XH(n,fk)]]>

其中，X^H(n,f_k)表示對X(n,f_k)的共軛轉置運算；

令碰摩源聲發射源點與聲發射傳感器直線陣列中最左端陣元的距離為r₁，在該點的方位角為θ₁，陣元間距為r₀，則碰摩源聲發射源點與直線陣列中其余陣元的距離，i=2…M；

令掃描點方位坐標為（r，θ），測算方向矢量a，

a(r,θ,fk)=[1,e-j2πfk(r-r2)/c...e-j2πfk(r-rM)/c]]]>

其中，c為聲發射波在材料中的傳播速度；

步驟50）測算各子帶的功率輸出：

根據最小方差無畸變響應方法，測算出該頻率分量在方向角為θ時的窄帶波束輸出功率P_MVDR(r,θ,f_k)：

PMVDR(r,θ,fk)=1aH(r,θ,fk)R~x-1(fk)a(r,θ,fk)]]>

其中，a^H(r,θ,f_k)為矩陣a(r,θ,f_k)的共軛轉置運算；表示對?的逆運算；在進行快速傅立葉變換后，得到信號的有效頻率范圍為0～f₀/2，頻譜分辨率Δf=f₀/N₀；

步驟60）合成寬帶信號的輸出功率：將步驟50）測算的所有子帶的窄帶波束輸出功率相加并進行歸一化處理，得到寬帶信號的輸出功率P_MVDR(r,θ)：

PMVDR(r,θ)=1KΣk=1KPMVDR(r,θ,fk)]]>

步驟70）對碰摩聲發射源點位置定位：設定聲場的掃描范圍，每個掃描點包括r和θ兩個參數，預先設定r和θ的初始值和迭加步長，然后對聲場掃描范圍中的每個(r,θ)空間點進行掃描，當掃描到聲源點時，P_MVDR(r,θ)形成一個峰值，此時P_MVDR(r,θ)對應的r和θ為碰摩聲發射源點的位置。