用于声学波束成形的传声器阵列设计与优化

针对目前传声器阵列对于中低频声源(尤其200 Hz以下低频)识别分辨率低的问题,本文提出了一种基于波束成形算法的、对于中低频声源(150~2500 Hz)识别性能较好的传声器阵列。该传声器阵列采用渐开线螺旋臂的形式,多条螺旋臂围绕阵列中心均匀分布。采用田口法对阵列几何参数进行了选取和优化,分析出最佳参数组合和几何参数对螺旋阵列性能影响的贡献度大小。在最佳参数组合下,将本文提出的螺旋阵列与其他阵列结构进行对比分析。结果表明:该螺旋阵列的最佳参数组合为传声器个数30,孔径500 mm,旋臂数10,基圆半径110 mm;对于阵列综合性能影响最大的是传声器个数,贡献度为28.93%;其次是基圆半径和旋臂数,贡献度分别为22.76%和21.15%;影响最小的是孔径,贡献度为16.75%。对比结果表明:本文提出的阵列波束宽度系数CBW值最小,为433.590 m/Hz,分辨性能最佳;动态范围均值为7.03 d B,标准差为2.88 d B,动态性能良好。

一种基于泛函波束成形的传声器阵列优化方法

本文基于泛函波束成形算法,提出了一种可以用于二三维声源识别的传声器阵列结构优化方法和相应的优化阵列形式。本文的渐开线螺旋臂阵列设计包含4个主要几何参数:传声器数目、阵列孔径、螺旋臂的数目和基圆的大小。通过基于改进的遗传算法的优化,得出两种优化阵列:优化渐开线螺旋阵列和优化随机阵列,目的是减小波束模式的主瓣宽度以提高传声器阵列的分辨率性能。本文的优化过程包括对最优几何参数组合的寻找和对传声器坐标直接优化两个部分,优化关注点在于中低频声源识别的分辨率性能,在对比研究中发现,上述两种优化阵列在二三维声源识别方面都表现出较好的性能。