基于振速测量的波束形成技术研究

摘要

波束形成技术是一种基于阵列信号处理的噪声源识别方法，其基本原理是在传声器阵列接收到信号后，利用波束形成算法对其进行加权、求和等处理来获得声场的等效分布，从而识别出声源。传统波束形成技术的输入均为声场中的声压信号，本文将包含声场信息的空间质点振速引入波束形成技术中，提出基于振速测量的波束形成技术，并对其进行理论分析和实验研究。　　首先介绍了波束形成技术的基本原理，然后对几种传统波束形成技术进行详细的理论分析和公式推导，并将质点振速引入其中，通过数值仿真证明了基于振速测量的波束形成技术的可行性。其次利用球阵列阵元全向分布特点结合质点振速的矢量性，提出了基于球阵列振速测量的波束形成技术，并通过数值仿真证明了该方法的优越性。随后对反卷积波束形成技术进行深入研究，提出基于振速测量的反卷积波束形成技术，并通过数值仿真证明该方法的有效性，其能够达到与反卷积波束形成技术相同的声源识别分辨率。最后针对传统波束形成技术要求待测声源必须位于测量面同一侧的问题，根据平面波假设提出了一种基于单面声压和质点振速测量的快速声场分离方法，并将其应用于存在背向干扰源情况下波束形成技术的声源识别过程中，该方法具有计算过程简单、速度快的特点。数值仿真与实验结果证明了该分离方法去除干扰声源影响的有效性及其应用于波束形成技术的可行性。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 常用的噪声源识别方法

1．2 阵列信号处理技术的研究历史与现状

1．2．1 传声器阵列技术发展历程

1．2．2 波束形成技术发展历程

1．3 本文的主要研究内容

第二章 基于振速测量的波束形成技术研究

2．1 传统波束形成技术基本原理

2．1．1 远场平面波条件下的波束形成技术原理

2．1．2 近场球面波条件下的波束形成技术原理

2．2 常规近场波束形成技术

2．2．1 延时求和波束形成技术

2．2．2 去自谱波束形成技术

2．3 高分辨率波束形成技术

2．3．1 最小方差无畸变响应波束形成技术

2．3．2 多重信号分类波束形成技术

2．4 基于振速测量的波束形成技术研究

2．4．1 质点振速测量的基本方法

2．4．2 基于振速测量的波束形成技术基本原理

2．4．3 数值仿真研究

2．5 基于球阵列振速测量的波束形成技术研究

2．5．1 基于球阵列振速测量的波束形成技术基本原理

2．5．2 数值仿真研究

2．6 本章小结

第三章 基于振速测量的反卷积波束形成技术研究

3．1 基于互谱成像函数的波束形成技术

3．2 基于反卷积方法的波束形成技术基本原理

3．2．1 阵列点传播函数

3．2．2 DAMAS波束形成技术基本原理

3．2．3 DAMAS2波束形成技术基本原理

3．2．4 NNLS波束形成技术基本原理

3．2．5 FFT-NNLS波束形成技术基本原理

3．3 反卷积波束形成技术的数值仿真研究

3．4 基于振速测量的反卷积波束形成技术研究

3．4．1 基于振速测量的反卷积波束形成技术基本原理

3．4．2 数值仿真研究

3．5 本章小结

第四章 声场分离技术研究及其在波束形成技术中的应用

4．1 基于双面声压测量的声场分离方法

4．1．1 基于双面声压测量的声场分离方法基本原理

4．2 基于单面声压-振速测量的快速声场分离方法及其在波束形成技术中的应用

4．2．1 基于单面声压-振速测量的快速声场分离方法基本原理

4．2．2 误差分析

4．2．3 声场分离方法在波束形成技术中的应用

4．3 数值仿真研究

4．3．1 声场分离效果验证

4．3．2 声源识别效果验证

4．4 实验研究

4．5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文