基于麦克风阵列的近场噪声源识别方法研究

摘要

随着社会发展,噪声污染问题越来越严重。控制噪声污染最根本的方法是控制噪声源。噪声源识别是噪声源控制的前提,所以噪声源识别的效果决定了噪声源控制的效果如何。另外机械设备中的噪声包含机械运转的状态信息,声学诊断技术就是通过分析机械噪声来判断机械哪些部分有故障。所以噪声源识别对于噪声控制技术和声学诊断技术有着重要的理论研究意义和实际应用价值。
　　本文首先介绍了各种噪声源识别方法,经过比较分析之后将阵列信号处理法作为主要的理论研究方法。为进行近场噪声源识别着重研究两个方面内容:麦克风阵列性能及设计、三维多重信号分类(MUSIC)算法。
　　基于球面波传播模型详细推导了麦克风阵列近场噪声源识别模型。通过研究最简单的均匀直线阵列、均匀圆形阵列阐述了阵列构形参数对阵列性能的影响,通过对比研究分析了两种阵列各自的特点。为克服两种阵列的不能用于三维空间的缺点,研究了球形阵列的性能,同时与均匀圆形阵列进行对比,设计出合适的球形阵列用于近场噪声源识别。
　　然后将经典MUSIC算法引入到近场噪声源识别中,提出了传统三维MUSIC方法。针对传统三维MUSIC方法计算复杂度较高的缺点,提出改进的MUSIC空间谱搜索方法,大大降低了计算量,同时计算精度几乎不变。为了验证传统三维 MUSIC方法和改进三维MUSIC方法的有效性,在LabVIEW软件中进行了仿真,同时也做了噪声源识别实验。仿真结果和实验结果都表明传统三维MUSIC方法和改进三维MUSIC方法可以有效地进行近场噪声源识别。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2噪声源识别方法介绍

1.3国内外研究现状

1.4本文内容结构

第二章 声源及麦克风阵列

2.1声学基础

2.2麦克风阵列识别噪声源模型

2.3均匀直线麦克风阵列性能研究

2.4均匀圆形阵列性能研究

2.5三维球形阵列性能研究与设计

2.6本章总结

第三章 三维MUSIC噪声源识别算法

3.1经典MUSIC算法

3.2三维MUSIC噪声源识别算法

3.3二维MUSIC噪声源识别算法

3.4本章总结

第四章 三维MUSIC噪声源识别算法仿真

4.1经典MUSIC算法仿真

4.2噪声源传播模型的模拟

4.3传统三维MUSIC算法LabVIEW实现

4.4改进三维MUSIC算法仿真

4.5本章总结

第五章 近场噪声源实验

5.1麦克风阵列设计

5.2噪声源识别实验系统构建

5.3噪声源识别实验流程

5.4仿真与实验结果对比分析

5.5本章总结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2未来展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文