[发明专利]一种测量多源运动声场的非规则声阵列搭建方法

权利要求书

1.一种测量多源运动声场的非规则声阵列搭建方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)：选择基础声阵列的结构形式，测量多源运动声场的频率，根据测量频率范围将基础声阵列进行非规则网格划分，生成网格点的数学模型作为非规则网格基础声阵列；

(2)：设置声阵列结构滤波条件，将步骤(1)中得到的非规则网格基础声阵列划分区域，根据设置的声阵列结构滤波条件对划分出的各个区域进行网格点的筛选，筛选出的网格点用于放置传声器，筛选出的网格点的数学模型作为非规则网格候选声阵列；

(3)：根据设定的性能参数和筛选准则，对步骤(2)中的候选阵进行性能筛选，获取目标声阵列；

所述步骤(2)中根据设置的声阵列结构滤波条件对划分出的各个区域由伪随机法随机筛选出一定数量的网格点；所述声阵列结构滤波条件包括：

①：保证非规则网格基础声阵列的环上的阵元数分布符合统计比例，且避免阵元位置的规则性；

②：规定非规则网格基础声阵列同一区域不同环的阵元数和同环相邻阵元的角度差的大小，以保证大阵列孔径和宽频测量范围；

所述声阵列结构滤波条件①通过限制第i环上的阵元数P_i、阵元极角数Q_i及阵元极角差实现：

第i环上的阵元数其中，N_i代表第i环上的网格点数，J代表区内网格点数，S代表区内阵元数；

第i环上的阵元极角数其中，N_i代表第i环上的网格点数，J代表区内网格点数，S代表区内阵元数；

将随机生成的阵元位置分区极角转化为以极轴正向为起点的坐标极角，形成阵元的极角矩阵其中表示第k区不同环的阵元极角，将矩阵ψ的列向量两两相减，得到一个方阵；然后将该方阵与主对角线为2π其他元素为0的同规模方阵相加，构成一个元素均不为零的阵元极角差方阵Ψ，则方阵中所有元素满足：

其中，Ψ_pq代表阵元极角差，C代表阵列分区数，J代表区内网格点数，p代表第p区域，且p＝1,2,…C，q代表第q区域，且q＝1,2…C；限制同区(p＝q)和不同区(p≠q)的阵元位置；

所述步骤(3)中所述设定的性能参数指主瓣宽度和旁瓣抑制比；所述步骤(3)中所述筛选准则为：主瓣最窄，相同主瓣宽度，旁瓣级最小；

旁瓣抑制比r_sp：

r_sp＝20lg(h_p/h_s)

经大量仿真分析的统计得出：

式中，h_p为主瓣宽度峰值，h_s为最大旁瓣峰值，M为阵列中阵元个数；

主瓣宽度：

以3dB主瓣宽度为主瓣评价参数；它受阵列孔径影响显著，可由阵列分区数C控制；二维阵列孔径可表述为阵列面上阵元距离阵列中心的平均散开程度；定义阵元扩散度a描述，表示为：

N为阵元数，(x_i,y_i,z_i)为第i阵元位置，(x₀,y₀,z₀)为阵列形心，即：

2.如权利要求1所述的一种测量多源运动声场的非规则声阵列搭建方法，其特征是：所述步骤(1)中选择同轴圆环阵列为基础声阵列的结构形式。

3.如权利要求2所述的一种测量多源运动声场的非规则声阵列搭建方法，其特征是：所述步骤(1)中根据频率范围将基础阵列进行非规则网格划分是基于多源运动声场的声阵列测量和孔径理论，推导出了非规则网格的划分方法，具体步骤包括：

(1-1)：根据测量多源运动声场的频率范围确定基础声阵列孔径的大小，即同轴圆环阵列的环数和最大环半径；

(1-2)：根据阵列测量运动声源及抗空间混叠和栅瓣性能要求，获得非规则网格的周向尺寸和径向尺寸；

(1-3)：依据步骤(1-2)中获得的非规则网格的周向尺寸和径向尺寸对同轴圆环阵列进行网格划分，周向与径向的交叉点为网格点。