采用分布式球形阵列的球谐波域声场分离方法

为从测得的混合声场信号中提取出需要的目标声场,提出一种基于分布式球形传声器阵列的声场分离方法。该方法依据声场的球谐波分解,利用阵列各传声器采集到的声场声压信号,获得目标声场与干扰声场的球谐波展开系数,进而估计目标声场。该方法利用声场以不同中心展开的球谐波系数之间的变换关系,直接建立传声器测量声压信号与整体坐标系下声场展开系数的方程,与传统的分布式球形阵列声场分离方法,即先求解局部坐标系下声场展开系数,再变换为整体展开系数的方法,进行比较。分别通过数值仿真和实验说明了提出方法的有效性。结果表明:该方法能够从混合声场中较准确地估计出目标声场,并且在干扰声场能量增大时,保持了较小的声场估计误差,相比于传统方法误差增加更少。

利用时频相关性的球谐波阶数感知鲁棒伪声强多声源定位

针对伪声强多声源定位方法对环境噪声和混响敏感的问题,利用时频相关性构造球谐波阶数感知因子,提出了一种鲁棒的伪声强声源定位方法。与现有的球谐波阶数感知因子不同,所构造的球谐波阶数感知因子充分利用了相邻时频点中属于同一声源的特征波束间存在的相关性。理论分析表明,所构造的球谐波阶数感知因子对环境噪声和混响的抑制能力更强。仿真结果显示,与现有的阶数感知方法相比,在信噪比为10 dB、混响时间为0.4~1.0 s时,所提方法的定位精度提升了1.3°~1.9°,同时计算复杂度减小了25%。最后通过实测实验进一步验证了所提方法在实际声场环境中的有效性。

球谐波域自适应波束形成方法研究

为提高复杂背景下球麦克风阵列测向性能,提出了一种基于自适应理论的谐波域静态方向图数值综合算法.该方法通过球麦克风阵列采集空域远场高阶声场的声压信息,采用球傅里叶变换得到声场谐波项,结合自适应理论静态方向图数值综合方法,迭代得到阵列的最优加权.仿真实验结果表明,该方法提高了对期望声源的探测精度,在一定程度上验证了该方法的有效性.

球谐波展开法求解玻尔兹曼传输方程综述

介绍3种常用的直接求解玻尔兹曼传输方程(BTE)的球谐波展开法(SHE),分别是项匹配法、Galerkin法和投影法,以及求解过程中常用的几种能带模型和H-转换、最大熵消散两种数值稳定技术,并对比了以上3种方法的异同点。综合已发表文献中的模拟结果,得出结论:高阶球谐波展开和能带模型的选取对模拟器件的传输特性具有至关重要的作用。

一种用于分布式阵列的球谐波域声源定位方法

本文提出一种适用于任意阵型和阵元指向性的球谐波域声源定位方法,能够在较宽的频域范围内,尤其是低频,提供较高的空间分辨率。水下噪声源的高分辨识别具有重大意义。传统阵列信号处理方法对低频噪声源的精确定位要求阵列具有较大孔径和较多的阵元数,导致系统过于庞大且成本较高。我们基于声场的球谐波表达和变换,采用分布在一定空间区域内的多个阵列估计该区域的球谐波系数矢量,对系数矢量进行信号处理实现声源定位。理论证明了该方法具有理想的空间选择特性。在一种特定的阵元分布下,仿真研究了该算法的方位谱估计性能以及阵元不一致性和位置误差对声源定位性能的影响。仿真结果显示,该算法在低频具有较高的空间分辨率且误差对算法定位性能的影响有限。

混响环境下改进的球谐波域L1-SVD声源定位算法

由于多径效应的影响,基于稀疏重构理论的声源定位算法在混响环境下存在定位精度较差的问题.本文提出一种适用于混响环境的DPDT-L1SVD声源定位算法,该算法将L1-SVD稀疏信号重构声源定位算法扩展到球谐波域中,并根据球谐波域中导向矢量与频率解耦的特性将其拓展到宽带信号处理中,再与直接路径检测方法（direct-path dominant test,DPDT）相结合.由仿真实验结果可知,在低信噪比情况下,该算法定位精度优于DPDT-MUSIC和SS-PIV算法,且具有较强的噪声鲁棒性.结合实测实验结果,验证了该算法在混响环境下具有较高的定位精度和空间分辨率.

基于解析模型的永磁球形电机永磁体优化设计

永磁球形电机气隙磁通密度的基波幅值和波形畸变直接影响电机性能。本文采用球谐级数推导了永磁球形电机永磁体阵列气隙磁通密度径向分量的解析模型,分析了弧长系数、永磁体厚度和气隙长度对基波幅值和波形畸变率的影响。利用气隙磁场的解析模型,以基波幅值和波形畸变率为优化目标,采用粒子群算法对六极永磁体阵列进行了多目标优化并对优化结果进行了比较和验证。结果表明,在永磁体体积相同情况下,优化的平行磁化永磁体阵列比全极距平行磁化永磁体阵列和径向磁化永磁体阵列具有更高的基波幅值和更小的波形畸变率。

基于球傅里叶变换的声源三维空间定位

声源的空间方位信息是重建听觉环境重要的因素之一。本文研究了球形麦克风阵列(SMA)在声源空间定位的方法。针对球麦克风的设计,提出了一种等距离分布方法。本文从声学原理出发,利用球傅里叶变换将声场变换到波矢-频率(k-ω)域,推导出基于球傅里叶变换的声源定位算法,从而获取其声源方位信息得到各声源的分布情况。声压经虚拟仪器采集后,进行了数值仿真。结果表明,该算法利用球谐波的正交性,可以减少运算量,能获得多声源的准确定位,并且阵列所需的麦克风数量远远小于其他分布。

简化球谐近似与拉普拉斯正则化的FMT成像方法

荧光分子断层成像作为一种先进的光学分子影像,可以有效重建小动物体内荧光团的浓度和三维空间分布信息,实现肿瘤的早期检测.为了提高重建的图像性能,针对扩散模型只适合高散射低吸介质的局限性,采用基于辐射传输方程的简化球谐近似模型进行前向模拟,同时为克服重建过程的病态性,应用一种融合结构信息的拉普拉斯正则化方法进行图像重建.数值仿真实验结果表明,该方法能够获得较高质量的重建图像,尤其对于小荧光团和多荧光团成像.

球坐标系下声场分离的低频辐射声场测量技术

低频扬声器的辐射声场由于消声室低频截止频率的影响,不易使用标准的声场测量方法进行准确的测量。本文利用近场声全息技术以及球面坐标系下的声场分离原理,在球谐函数展开表达式中,导出广义的球谐函数系数求解方程,并采用最小二乘法进行球谐函数展开式中系数的估计,使用推导出的声场分离方法利用非自由空间非球面测量,最终重建出声源在自由空间的辐射声场。为了验证所提方法的有效性,使用偶极子声源以及由数个单极子组成的复杂声源进行了多种情况下的仿真,仿真结果验证了所述方法的有效性。

采用球谐分解的二范数广义逆波束形成

基于传声器阵列的声成像技术是解决噪声源识别的有效途径之一。该文提出了一种基于球谐分解的L2范数广义逆波束形成算法,并对此算法在分布式球形阵列布放方案下进行了定位精度及鲁棒性的对比分析研究。仿真结果显示,此算法对低频相干声源具有较高的空间定位精确度,且阵元位置误差对此算法性能的影响有限。通过在半消声室进行实验进一步证明了此算法的可行性。

分数槽集中绕组永磁球形电机定子磁场分析

永磁球形电机电磁转矩需要定转子磁场的共同作用,为了改善定子磁场分布,对定子磁场和齿极数选择方法进行分析。根据分数槽集中绕组电机理论,结合矢量运算,得到电机相数为任意值时旋转和倾斜的参考电流方程。以9齿8极的永磁球形电机为模型分析,利用有限元仿真和最小二乘法,得到定子线圈磁场的分布和各次球谐波的系数,证明参考电流法可以产生与转子磁场同步的定子磁场,进一步分析不同齿极数组合的球形电机的定子纬度线的磁场谐波分布,结果表明谐波次数与齿极数的最大公约数t和相数m有关。

基于光辐射预计算的场景实时绘制算法

光辐射传输预计算对于提高场景绘制效果很关键。对光辐射传输预计算进行了研究,提出了一种基于SH的光辐射传输预计算的算法,在低频环境光照条件下实时生成漫反射物体。将光源分布函数和光辐射传输函数分别用SH进行分解,则出射光强为两者生成的系数向量点积。绘制的场景中包含了阴影,相互反射等全局光照效果。实验结果表明算法逼近程度好,绘制质量高,具有一定的实用价值。

球形传声器阵列识别定位汽车内部异响声源

针对新款汽车在路面行驶时车内出现的异响问题,使用球形传声器阵列对汽车在不同车况下水泥路面行驶时汽车内部声场进行了测量。以球形传声器阵列测量的声压数据作为输入,运用球谐波束形成法,重构得出汽车内部声场分布,并对以阵列中心为球心的球面声场进行了可视化处理,从而实现了对异响声源的识别与定位。由声压频谱分析得出了汽车内部在750、1000和1500 Hz频率附近存在异响;通过对应的内部声场三维可视化结果,确定了异响声源的位置;在轮胎后部的车身加装橡胶挡板或海绵挡板隔离噪声后,异响得到了有效的降低。研究方法和结果有助于有针对性地控制与降低汽车行驶时车内异响以及改善车内声学环境。

针对PRT的大规模场景的自适应网格细分

针对Pre-computed Radiance Transfer(PRT)全局光照算法的特点,提出了一种针对大规模场景的模型细分方法。基于PRT的全局光照算法的渲染结果和模型的精细程度密切相关,对于小规模的场景,可以使用比较精细的模型以得到很好的绘制结果,但对于大规模场景,对整个模型都使用精细的网格是十分浪费资源和不可接受的。通过加入PRT算法中计算的一些权重值,对模型中影响全局光照效果很大的地方进行精细的细分,对全局光照效果影响很小的地方进行较粗的细分或者不细分,从而实现既能提升全局光照效果,又不会过量增加模型规模的自适应网格细分。

一种声源高频辐射的非消声室平面阵列测量方法

声场分离技术是实现非消声室环境下声源辐射特性测量的有效方法。基于球谐波分解的声场分离方法一般采用双层球面测量。在实际应用中受到测量条件的限制,高频辐射特性测量不易操作。因此,本文以二维测量代替三维测量,采用双层平面测量计算球面采样点声压值,降低了高频测量的复杂度。数值仿真结果表明,双层平面测量对声源自由场辐射的预测误差略高于双层球面测量,但仍能给出较准确的预测结果,主瓣预测误差小于-20 d B。

结合预处理BiCGStab和CUDA的BLT快速并行前向方法

针对基于简化球谐波(simplified spherical harmonics,SPN)方程开展生物发光断层成像(bioluminescence tomography,BLT)前向问题研究时计算量大、求解速度偏慢的问题,提出了一种基于稳定双共轭梯度下降(biconjugate gradient stabilized,Bi CGStab)的快速并行求解算法.该算法结合不完全Cholesky分解的预处理方式与压缩行格式存储法(compressed row storage scheme,CSR)的稀疏矩阵存储方式,并采用统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)实现了并行加速.数值仿真结果表明,该算法在保证前向问题求解准确度的同时可以极大地缩短求解时间.