[发明专利]一种大孔径立体阵列结构

说明书

技术领域

本发明涉及声学测量领域，具体地说，本发明涉及一种大孔径立体阵列结构。

背景技术

阵列结构是指将多个传声器按照某种平面或者立体几何形状分布组合而成的声学探测装置，该装置按照一定规律布放若干个声学探测单元接收声场声学信号，通过声源定位算法对多个声源进行同步定位，确定声场的空间信息，并能够增强期望信号和抑制背景噪声和干扰源，提高声源的定位精度和对无关信号的抑制能力，可以用于测量声源或者声场的分布情况，确定声源位置，跟踪移动的声源，该装置可应用于声学测量领域中，如机器设备的噪声测量、移动目标的跟踪、运动目标噪声的快速测量定位、机器噪声故障诊断等领域，大孔径立体阵列结构特别适合于大型目标和低频声源的测量定位。

常用的声学探测阵列结构主要包括直线阵列结构、平面阵列结构、立体阵列结构。直线阵列结构是指所有阵元位于同一直线上，阵元按照一定规律分布的阵列结构形式，只能确定声源目标的方位角，无法确定声源的仰角，无法分辨声源位于直线的哪一侧。平面阵列结构是指所有阵元位于同一平面上的上阵列结构形式，阵元在平面上可以按照不同的规律分布，可以定位声源的方位角和仰角，但无法进行空间三维定位。立体阵列结构是在三维空间上按照一定的规律分布的立体阵列形式，可以对三维空间的声源进行定位，并且可以设计大孔径的阵列形式，使得阵列的空间分辨率更高，阵列的测量频率下限更低，并且可以分辨前后方向的声源。利用立体阵列结构，在三维空间上采集声学信号，按照特定的算法对空间声场进行计算分析，得到空间声场的分布情况，并与前端摄像头采集的时频图像融合叠加，得到直观的声源定位图。立体阵元结构特别适合于低频大目标的声源定位测量。

立体阵列结构的阵元分布对阵列的探测性能有重要的影响。按照合理形式分布的阵型不但能够使得阵列具有较高的空间分辨率，而且具有较高的旁瓣抑制能力，对于非期望方向的来波干扰具有较强的抑制能力，从而得到较精确地定位结果，同时不会将干扰信号作为声源得到错误的定位结果。性能优良的立体阵元结构不仅可以精确测量出声源的位置，得到高信噪比的目标信号，而且可以有效降低虚源效应，得到准确的声源定位结果。立体阵元结构特别适合于低频大目标外场测量，尺寸较大，但要求稳固、易安装便携、可靠。

现有的大孔径立体阵列采用3根长杆或者5根长杆形式，如德国Acoustic Camera的星形阵采用的3根长杆形式，总共有36个阵元，每根长杆无法拆卸折叠安装，因此，阵元孔径尺寸、杆和阵元数目都会受到限制；每个杆上阵元的分布完全相同；每个杆的信号线汇集一起外露在外面，易于受损。丹麦B&K公司的星形阵列采用5根杆的形式，每根杆上阵元按相同规律分布，单杆无法做到拆卸或折叠安装。因此，现行推广的立体阵列的单根杆无法拆卸或折叠，导致立体阵列阵体较大，造成使用、安装和运输上的不便，导致了必须在阵列阵体尺寸和使用、运输方便携性、稳固性方面做一些妥协，限制了立体阵列的大孔径优势。另外，在安装方面，现有的立体阵列结构是长杆组成阵体直接安装在支架上，主要用于仰视角度上的目标噪声测量，在平视或俯视情况下，会存在重心失衡问题，导致安装不稳固。

因此，阵列的孔径较小，运输安装不变，并且每根杆上阵元分布一致，造成阵列的性能没有达到最佳。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有阵元结构在探测精度、虚源效应、安装结构及稳定性等方面的缺点及不足，从而提供一种具有大孔径、高探测精度、低测量频率下限的阵元结构。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案所提供的一种大孔径立体阵列结构，其特征在于，该大孔径立体阵列结构包括：中心支撑平台和若干圆杆11，所述的若干圆杆11和中心支撑平台固定装配；

所述的中心支撑平台包括依次同轴套设的摄像头基座7、前端盘6、圆筒4和平台安装基座1，所述的圆筒4通过前端插销与平台安装基座连接，圆筒4另一端套接前端盘6，所述的摄像头基座7套接在前端盘6上；

所述的圆杆11上安装有阵元基座10，该圆杆11通过平台安装基座1上的圆杆连接件2和圆杆支撑件3连接在平台安装基座1上，并与支撑平台中心线维持一定的角度。所述的摄像头基座7，用于固定摄像头。

作为上述技术方案的一种改进，所述的圆杆11由三根短杆连接固定而成，以便于组装和运输。所述的三根短杆之间通过弹簧连接，相邻两根短杆之间通过弹簧伸缩进行组装与折叠。或，所述的三根短杆的直径由顶端的第三短杆向末端的第一短杆递减，相邻两根短杆之间通过套筒套合连接，以方便组装与拆卸。