[發(fā)明專(zhuān)利]一種高壓水射流靶物識(shí)別傳聲器陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610988443.5
• 申請(qǐng)日: 2016-11-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106777455A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王欣悅;章劉沙;王偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高壓水射流靶物探測(cè)識(shí)別技術(shù)。

背景技術(shù)

當(dāng)高壓水射流在非切割的工況下沖擊物體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射聲音信號(hào)，不同材質(zhì)的物體產(chǎn)生的反射聲信號(hào)不同。因此，利用高壓水射流結(jié)合聲音信號(hào)的采集與處理技術(shù)可實(shí)現(xiàn)靶物(如地雷等)的識(shí)別和定位。

目前國(guó)內(nèi)外基于傳聲器陣列的聲源定位技術(shù)主要有三種方法：基于波束形成的方法、基于高分辨率譜估計(jì)的方法、基于到達(dá)時(shí)間差的方法(TDOA)。其中基于波束形成的定位方法存在需要聲源和環(huán)境噪聲的先驗(yàn)知識(shí)、對(duì)初始點(diǎn)的選取相當(dāng)敏感、計(jì)算復(fù)雜等特點(diǎn)，因此不適合被用在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中。基于高分辨率譜估計(jì)的定位方法要求估計(jì)參數(shù)固定不變、信號(hào)是平穩(wěn)過(guò)程、受聲音混響作用影響，因此也無(wú)法用于實(shí)際定位。

基于到達(dá)時(shí)間差的定位方法計(jì)算量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前兩種，且定位精度相對(duì)較高，不受陣列結(jié)構(gòu)的限制，因此本發(fā)明利用該方法作為高壓水射流靶物定位算法。目前常用的傳聲器陣列是直線型傳聲器陣列和圓弧形傳聲器陣列，兩種傳聲器陣列各有優(yōu)缺點(diǎn)。為了擴(kuò)大探測(cè)面積和提高探測(cè)效率，本發(fā)明采用線性射流陣列進(jìn)行探測(cè)，利用傳聲器陣列實(shí)現(xiàn)射流反射聲的實(shí)時(shí)采集。為了實(shí)現(xiàn)靶物的精確識(shí)別定位，可以采用基于傳聲器陣列的聲源定位方法加以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種高壓水射流靶物識(shí)別傳聲器陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高壓水射流靶物識(shí)別傳聲器陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明利用圓弧形傳聲器陣列進(jìn)行靶物探測(cè)定位,介紹了基于到達(dá)時(shí)間差的聲源定位原理的圓弧形傳聲器陣列的探測(cè)定位原理。利用YG-201型傳聲器陣列搭建了仿真實(shí)驗(yàn)裝置，利用LabVIEW和Matlab軟件編制了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集與處理軟件，進(jìn)行了圓弧形傳聲器陣列探測(cè)定位精度對(duì)和陣列參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，圓弧型傳聲器陣列對(duì)高壓水射流靶物的定位精度(9.03mm)遠(yuǎn)高于直線型傳聲器的定位精度(88.89mm)，各傳聲器相鄰最佳距離為200mm，對(duì)應(yīng)的最佳圓周角為30°。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明提高了高壓水射流靶物探測(cè)中的靶物定位精度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明傳聲器陣列示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，一種高壓水射流靶物識(shí)別傳聲器陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，弧型傳聲器陣列中傳聲器均勻在分布在一個(gè)圓弧上，由三個(gè)傳聲器均勻分布在圓弧O、A、B三點(diǎn)上，中間的傳聲器作為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，兩邊均勻分布等數(shù)量的傳聲器。

其中P為聲源的位置，∠BOx為α，為兩個(gè)相鄰傳聲器連線與x軸正半軸的夾角，α取不同的值表示不同直徑的圓弧。∠POx為θ，即聲源、中間傳聲器連線與x軸正半軸的夾角。m為兩個(gè)相鄰傳聲器的距離，m和α為傳聲器陣列的參數(shù)。R為聲源與中間傳感器的距離，求出R和θ的值可得出聲源在坐標(biāo)系中的位置。根據(jù)幾何關(guān)系可得出下列關(guān)系式：

其中，m------兩側(cè)傳聲器距中間傳聲器的距離；

τ₁-------右邊傳聲器與中間傳聲器的時(shí)間差；

τ_-1-------左邊傳聲器與中間傳聲器的時(shí)間差。

由上述兩種傳聲器陣列定位原理可知，計(jì)算出聲源到每個(gè)傳聲器的時(shí)間延遲，可以根據(jù)時(shí)延估計(jì)法可得出聲源的位置，因此準(zhǔn)確計(jì)算出每個(gè)傳聲器之間的時(shí)間差對(duì)于精確估計(jì)生源位置非常重要。

廣義互相關(guān)時(shí)延估計(jì)法(GCC)是一種經(jīng)典的時(shí)延估計(jì)方法。它是通過(guò)建立兩個(gè)傳聲器接收到的信號(hào)間的互相關(guān)函數(shù)，取其峰值位置來(lái)獲得時(shí)延估計(jì)^[8]。兩個(gè)傳聲器接收到的信號(hào)間的互相關(guān)函數(shù)R_0i(τ)可表示如下：

R_0i(τ)＝E[x₀(t)x_i(t-τ)]

式中E(·)表示數(shù)學(xué)期望，x₀(t)和x_i(t-τ)分別表示標(biāo)號(hào)為0和i的傳感器在t時(shí)刻采集到的靶物反射聲信號(hào)，τ為兩信號(hào)間的時(shí)延。

由于不同靶物對(duì)應(yīng)的高壓水射流反射聲不同，因此可以對(duì)每個(gè)傳聲器采集的信號(hào)進(jìn)行處理，提取反映靶物的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)函數(shù)運(yùn)算，進(jìn)而計(jì)算出公式中的τ，即可得到某種靶物反射聲傳遞至兩個(gè)傳聲器之間的時(shí)間差，進(jìn)而判斷出聲源(靶物)的位置。