本發明專利技術公開一種立式儲油罐聲源定位方法，包括以下步驟：S1：在儲油罐體上縱向設置n個聲源，且n≥2，同時，通過麥克風陣列的方式，在儲油罐體的外壁上徑向等間距的設置有n組傳感器，且n≥2；S2：根據S1，對傳統MUSIC算法進行改進，改進MUSIC算法的聲源定位分為兩個步驟：1)時延估計；2)聲源信號的DOA估計；S3：根據S2中的時延估計和DOA估計值，估計聲源的方向；通過改進MUSIC算法，提出利用所得信號求陣列信號的方向矩陣，并構建各陣元接收對應的矢量信號，通過譜函數計算結果尋求峰值，再確定DOA估計值，從而就會提高定位系統的分辨率，也會提高聲源定位準確性。高聲源定位準確性。高聲源定位準確性。
【技術實現步驟摘要】
一種立式儲油罐聲源定位方法及裝置
[0001]本專利技術屬于聲源定位相關
，具體涉及一種立式儲油罐聲源定位方法及裝置。
技術介紹
[0002]聲發射檢測作為無損檢測的一種方法，可用于確定聲發射源的位置，評定聲發射源的活性和強度，分析聲發射源的性質，確定聲發射發生的時間或載荷。
[0003]現有技術對聲發射源的定位是通過多通道聲發射檢測儀來實現，根據采集信號種類不同分為突發信號定位與連續信號定位，并采用傳統MUSIC算法來確定聲源的方位，而傳統MUSIC算法的原理是通過麥克風接收信號得到協方差矩陣，利用子空間的正交性對協方差矩陣進行特征值或奇異值分解得到信號子空間和噪聲子空間，并排行參剃估計，由于多通道數據采集獲得的聲源信號為多組數字信號，直接對所得的聲源信號求協方差矩陣，計算空間譜函數并進行峰值搜索時會出現雙峰現象，所以定位系統分辨率較低，從而影響聲源定位準確性。
技術實現思路
[0004]本專利技術的目的在于提供一種立式儲油罐聲源定位方法及裝置，以解決上述
技術介紹
中提出的定位系統分辨率較低，影響聲源定位準確性問題。
[0005]為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種立式儲油罐聲源定位方法，包括以下步驟：
[0006]S1：在儲油罐體上縱向設置n個聲源，且n≥2，同時，通過麥克風陣列的方式，在儲油罐體的外壁上徑向等間距的設置有n組傳感器，且n≥2；
[0007]S2：根據S1，對傳統MUSIC算法進行改進，改進MUSIC算法的聲源定位分為兩個步驟：1)時延估計，用于計算各個陣元與參考陣元之間的時間差，根據時間差構建方向矩陣；2)聲源信號的DOA估計，首先利用陣列的方向矩陣與參考陣元輸出信號求得各陣元對應的矢量信號，并以此構建陣列的協方差矩陣，再劃分信號子空間與噪聲子空間得出譜函數，最后求得DOA估計值；
[0008]S3：根據S2中的時延估計和DOA估計值，估計聲源的方向。
[0009]優選的，所述S1中的每組傳感器的個數為八個，且八個傳感器呈環形等間距結構分布在儲油罐體的外壁上。
[0010]優選的，所述S2中的時延估計是通過廣義互相關方法求延時，廣義互相關法是通過求兩信號之間的互功率譜，并在頻域內給予一定的加權來抑制噪聲和反射的影響，再反變換到時域，從而得到兩個信號之間的互相關函數，該互相關函數的峰值位置為兩個信號之間的相對時遲；
[0011]假設麥克風接收的信號表達式如下：
[0012]x1(n)＝a1S(n
?
τ1)+w1(n)(11)
[0013]x2(n)＝a2S(n
?
τ2)+w2(n)(12)
[0014]式中：α1、α2為聲波從聲源到麥克風之間的傳播衰減系數，取值范圍為0～1；S(n)表示聲源信號；S(n
?
τ)表示理想狀態下聲源信號；τ1、τ2分別代表聲源與麥克風1(參考陣元)和麥克風2(圓周上任意一個麥克風)之間的傳播時間；w1(n)、w2(n)分別代表麥克風1和2接收信號中的高斯白噪聲，且聲源信號S(n)與噪聲信號w1(n)、w2(n)兩者之間互不相關；
[0015]利用陣列麥克風1和2的接收信號間互相關函數求廣義互相關函數，則兩路信號間延時位于互相關函數峰值處[20]。首先使用FIR帶通濾波器濾除噪聲信號，互相關函數如下：
[0016]R
12
(τ)＝E{x1(n)x2(n
?
τ)}(13)
[0017]將式(11)和(12)代入式(13)得：
[0018]R
12
(τ)＝a1a2E{S(n
?
τ1)S(n
?
τ2?
τ)}+a1E{S(n
?
τ1)w2(n
?
τ)}+a2E{S(n
?
τ2?
τ)w1(n)}+E{ω1(n)w2(n
?
τ)}(14)
[0019]式中：w1(n)、w2(n)是互不相關的噪聲信號，且S(n)與w1(n)、w2(n)也互不相關；因此可將式(14)化簡如下：
[0020]R
12
(τ)＝a1a2E{S(n
?
τ1)S(n
?
τ2?
τ)}＝a1a2R
s
(τ
?
(τ1?
τ2))(15)
[0021]利用麥克風1和2的互相關函數可以確定當τ＝τ1?
τ2時，R
12
(τ)達到最大值，因此，R
12
(τ)的峰值處對應的τ值即為兩個麥克風之間的時遲；在短時間內的信號處理中，R
12
(τ)的峰值可能不夠突出，導致所求麥克風之間時遲τ值的精度下降；因此可用對濾波之后的信號進行加權處理來防止噪聲信號以及混響等不利因素影響；對χ1(t)和χ2(t)進行快速傅里葉變換(FFT)可得X1(ω)和X2(ω)，則兩路輸入信號廣義互相關函數為：
[0022][0023]式中：ψ
12
(ω)是廣義互相關加權函數；X
2*
(ω)為麥克風2接收的聲源信號FFT變換的共車；選擇不同的加權函數可得到不同的延時算法。
[0024]優選的，所述S2中的定位估計：
[0025]麥克風參考陣元接收信號可表示為χ0(n)，其余各陣元接收信號可表示為χ1(n)，χ2(n)，
…
，χ
M
(n)；利用上述方法分別求出各陣元與參考陣元的時遲τ1，τ2，
…
，τ
M
，接下來按照傳統MUSIC算法的形式對接受數據協方差矩陣進行特征值分解，并將特征值按升序排列；把與聲源信號個數K相等的最大特征值和對應的特征向量U
S
；張成的空間看作信號子空間，它與聲源有關；把剩下的M
?
K個特征值對應的特征向量U
N
張成的空間看作噪聲子空間，該空間受噪聲影響，則有：
[0026][0027]掃描θ(0
°
≤θ≤90
°
)和求得譜函數值：
[0028][0029]滿足峰值P
max
條件所對應的θ和值即為聲源的在空間坐標系中的俯仰角和方位角。
[0030]優選的，一種立式儲油罐聲源定位裝置，包括多個傳感器、多個前置放大器、多個濾波器、多個后置放大器、多個信號調節器和計算機，多個所述傳感器固定安裝在儲油罐體
的外壁上，多個所述傳感器的輸出端通過電線與多個前置放大器的輸入端電性連接，多個所述前置放大器的輸出端通過電線與多個濾波器的輸入端電性連接，多個所述濾波器的輸出端通過電線與多個后置放大器的輸入端電性連接，多個所述后置放大器的輸出端通過電線與多個信號調節器的輸入端電性連接，多個所述信號調節器的輸出端通過電線與計算機的輸入端電性連接。
[003本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種立式儲油罐聲源定位方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：在儲油罐體(3)上縱向設置n個聲源(2)，且n≥2，同時，通過麥克風陣列的方式，在儲油罐體(3)的外壁上徑向等間距的設置有n組傳感器(1)，且n≥2；S2：根據S1，對傳統MUSIC算法進行改進，改進MUSIC算法的聲源定位分為兩個步驟：1)時延估計，用于計算各個陣元與參考陣元之間的時間差，根據時間差構建方向矩陣；2)聲源信號的DOA估計，首先利用陣列的方向矩陣與參考陣元輸出信號求得各陣元對應的矢量信號，并以此構建陣列的協方差矩陣，再劃分信號子空間與噪聲子空間得出譜函數，最后求得DOA估計值；S3：根據S2中的時延估計和DOA估計值，估計聲源(2)的方向。2.根據權利要求1所述的一種立式儲油罐聲源定位方法，其特征在于：所述S1中的每組傳感器(1)的個數為八個，且八個傳感器(1)呈環形等間距結構分布在儲油罐體(3)的外壁上。3.根據權利要求1所述的一種立式儲油罐聲源定位方法，其特征在于：所述S2中的時延估計是通過廣義互相關方法求延時，廣義互相關法是通過求兩信號之間的互功率譜，并在頻域內給予一定的加權來抑制噪聲和反射的影響，再反變換到時域，從而得到兩個信號之間的互相關函數，該互相關函數的峰值位置為兩個信號之間的相對時遲；假設麥克風接收的信號表達式如下：x1(n)＝a1S(n
?
τ1)+w1(n)(11)x2(n)＝a2S(n
?
τ2)+w2(n)(12)式中：α1、α2為聲波從聲源到麥克風之間的傳播衰減系數，取值范圍為0～1；S(n)表示聲源信號；S(n
?
τ)表示理想狀態下聲源信號；τ1、τ2分別代表聲源與麥克風1(參考陣元)和麥克風2(圓周上任意一個麥克風)之間的傳播時間；w1(n)、w2(n)分別代表麥克風1和2接收信號中的高斯白噪聲，且聲源信號S(n)與噪聲信號w1(n)、w2(n)兩者之間互不相關；利用陣列麥克風1和2的接收信號間互相關函數求廣義互相關函數，則兩路信號間延時位于互相關函數峰值處[20]。首先使用FIR帶通濾波器濾除噪聲信號，互相關函數如下：R
12
(τ)＝E{x1(n)x2(n
?
τ)}(13)將式(11)和(12)代入式(13)得：R
12
(τ)＝a1a2E{S(n
?
τ1)S(n
?
τ2?
τ)}+a1E{S(n
?
τ1)w2(n
?
τ)}+a2E{S(n
?
τ2?
τ)w1(n)}+E{ω1(n)w2(n
?
τ)}(14)式中：w1(n)、w2(n)是互不相關的噪聲信號，且S(n)與w1(n)、w2(n)也互不相關；因此可將式(14)化簡如下：R
12
(τ)＝a1a2E{S(n
?
τ1)S(n
?
τ2?
τ)}＝a1a2R
s
(τ<...
【專利技術屬性】
技術研發人員：戴曉鋒，梁曉瑜，胡斌，
申請(專利權)人：中國計量大學，
類型：發明
國別省市：
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