文档介绍：《基于被动时反技术噪声源定位技术》学****总结
---褚亚鹏
《基于被动时反技术噪声源定位技术》是哈尔滨工程大学的一名叫安丽娜的学生在2013年发表的一篇硕士论文,该学生的专业为水声工程,哈尔滨工程大学的水声工程专业在全国排名第一,所以我相信这篇论文在该领域是具有一定的权威的。所以我对这篇文章在能力范围内进行了学****和研究。我把其中一些我能看懂或者在网上能查到的专业知识进行了总结和记录。
多途效应:
所谓多途效应是指声源信号由多条不同的路径到达接收基阵,由不同路径到达的信号相互干涉叠加,从而造成了基阵接收信号的时间扩展以及去相关(消除或弱化图像波段之间的相关性),严重的影响了噪声源定位的精度。为了消除多途效应造成的不利影响,该技术采用了时间反转镜技术来解决多途效应的不利影响。
常规聚焦波束形成原理(CBF):
传统的远场波束形成技术将声波视为平面波,而聚焦波束形成方法是在近场条件下进行的波束形成,辐射声波被视为球面波,因此在对阵列接收数据进行相位补偿时需要依据球面波规律,扫描补偿到目标声源位置处时输出功率达到最大值,在目标声源所在平面的空间位置分布图上可出现“聚焦”点,因此称为聚焦波束形成。通常的扫描平面都是声源所在平面且与基阵所在平面相平行,若对扫描平面划分网格,则每一个网格对应的位置就是扫描点。以均匀水平线阵为例,建立聚焦模型,示意图如图所示。
最小方差无畸变响应法(MVDR):
是一种具有高分辨率的算法,它能够突破瑞利限,具有较强的抗噪声干扰能力,该方法在保持目标方位能量输出恒定的同时,要求其它方位输出达到最小化。
窄带近场高分辨定位方法( ac-MVDR):
在近场条件下还需要考虑幅度和相位对各阵元接收数据的影响,MVDR 近场聚焦波束形成方法只考虑了相位补偿而未进行幅度补偿,若在 MVDR 近场聚焦波束形成方法方法基础上加以幅度修正,即可得到基于幅度相位联合补偿的 MVDR(ac-MVDR)近场高分辨定位方法。
关于CBF,MVDR和ac-MVDR的原理描述现在我还没有相应的知识储备来看懂,所以我只能通过模拟仿真的图像直观上来比较这三种方法的优劣:
在这三种方法的空间谱估计结果的对比分析中,基于幅度相位联合补偿的MVDR(ac-MVDR)近场聚焦波束形成算法效果最好,其声图效果拥有最窄的主瓣,最低的旁瓣级和最平滑的声图背景,而且进一步的提高了低频段的空间分辨力和高频段的抗空间混叠能力。该结论验证了幅度补偿对提高近场窄带噪声源定位方法的空间分辨力的有效性,还有降低算法对频率限制的能力。
基于子带分解的宽带近场高分辨定位方法(ISM-ac-MVDR) :
本文研究的宽带信号定位方法采用基于子带分解 ISM(Incoherent Signal-Subspace
Method)的宽带近场高分辨定位方法。该算法的主要思想是把宽带信号的频带划分为互
不重叠的窄带,在各窄带上应用窄带的近场高分辨定位方法,最后将各窄带的空间谱叠
加得到宽带信号的空间谱,以实现宽带信号源的近场定位。
仿真结果图如下:
基于 ISM 的宽带近场聚焦波束形成方法能够实现对宽带近场噪声源的高分辨定位。在这三种方法的空间谱估计结果的对比分析中,ISM-ac-MVDR 方法的声图效果最好,谱峰最为尖锐,在很大程度上提高了