电 子 测 量 技 术 · 年 第 二 期 二 维 声 源 定 位 算 法 仿 真 黄 洪 光 李 街 光 东北 大 学 摘 要 文 中提 出新 的高精 度 , 快 速 二 维 声 源 定位 算 法 。 计算 机 采 集 四 个 声 音 传 感 器 , 一 个 风 速 传 感 器 和 一 个 风 向传 感 器 的 信 号 , 计算 出声 源 的 位 置 和 当地 的 声 速 。 用 语 言进 行 的仿真 分析 结果 以 及 用 、田 所 设 计 的交 互 式 虚 拟 二 维 声 源 定 位 系 统 软 件 的使 用 表 明 , 该 算法 是 实 用 和 有 效 的 。 关 键 词 二 维 声 源 定 位 评 价 函 数 极 小 值 搜 索 仿 真 一 , , 一 一 , 八尸 一 声 源 定 位 算 法 原 理 二 维 声 源 定 位 系 统 如 图 所 示 。 伪感邢 伪 感 雄 七 采采集 左感器 似 号 二 不不 考 虑 风速 下估 算 声 源位 丑 下 由由 ‘ 取 。 , , 确 定 户 源 的 范 幽 和 搜索 步 长长 , 及 甲 。。 丫 我我 搜 索 双 内 求 评 价价价 函函 数 的 最 小 心 , 幼 得得得 卢卢 源坐 标 , 缩 小 搜 粥粥 范 用 和 搜搜 索 步 长长 。 。 , 蜀 分 别 为 声 传 感 器 信号 , , , , , 分 别 为 这 吠传 感 器 的 位 倪坐 标 。 , , 甲 分 别 为 风速 , 风 向 传 感 基伯 兮 。 得得 到 演明掀 鲜牙采 下 并并 算 得 当 地 声速 ,, , 图 二 维 声 源 定 位 系 统 原 理 图及算 法 流 程 图 , , 四 个 相 同 的 声 音 传 感 器 , 丑 。 当 任 意 点 声 音 传 感 器 , 分 别 产 生 四 个 信 号 。 , 按 如 图 所 示 放 处 有 声 源 产 生 时 , 声 波 传 到 , 和 。 上 位 机 获 得 四 个 采 样 启 始 时 刻 以 及 四 组 声 波 的 采 样 数 据 后 , 可 以 经 过 数 字 滤 波 消 除 声 波 信 号 中 的 干 扰 , 求 出 声 源 到 达 四 个 声 音 传 感 器 的 相 对 时 间 , , , , , , 。 , 十 十 。 声 源 到 达 四 个 声 音 传 感 器 的 实 际 时 间 是 。 毛 , 。 其 中 , 为 声 音 事 件 开 始 到 假 定 四 个 声 音 传 感 器 同 时 开 始 采 样 的 时 间 , 它 是 一 个 待 求 的 未 知 量 。 实 际 上 四 个 声 音 传 感 器 不 必 同 时 开 始 采 样 , 它 们 只 需 有 同 一 个 定 时 基 准 即 可 , 这 由 上 位 机 给 基 于 微 处 理 器 的 四 个 声 音 传 感 器 发 定 时 信 号 实 现 。 上 位 机 同 时 采 集 来 自 测 量 区 域 旁 的 风 速 及 风 向 传 感 器 的 信 号 而 得 到 当 地 的 风 速 和 风 向 重 。 设 声 源 点 位 置 , 示 的 结 构 中 , 有 如 下 方 程 组 , 声 速 成 立 , 在 如 图 所 一 毛 一 一 工 △ △玛 △ △柑 、之 几 〕 侧 〕 、产‘、 米 之 间 。 围 可 在 米 到 △ , △ , △ 分 别 为 风 速 在 其 中 为 传 感 器 间 距 , 在 靶 点 位 笠 测 皿 中 , 其 范 为 当 地 的 声 速 。 △ 。 , 及 , 风 向 平 和 测 的 数 学 关 系 式 表 达 。 将 △ , 中 后 , 量 点 坐 标 △ , △ 。 , △ 的 表 达 式 代 人 方 程 组 方 向 上 的 分 量 , 它 们 可 用 风 速 , , , 得 到 一 个 四 元 高 次 方 程 组 , 未 知 量 为 , , 和 。 这 个 方 程 组 没 有 解 析 解 , 为 此 要 采 用 适 当 的 数 值 , 计 算 方 法 宋 求 得 , 和 当 地 的 声 速 , 于 是 提 出 如 下 的 一 种 准 确 , 快 速 的 声 源 定 位 算 法 。 算 法 的 流 程 图 如 图 所 示 。 首 先 在 假 定 风 速 得 近 似 的 声 源 位 置 坐 标 的 声 源 位 置 坐 标 范 围 下 , 可 从 方 程 组 解 。 然 后 确 定 实 际 任 , 十 。 , , , 一 , , , 十 。 其 中 值 由 风 速 和 传 感 器 距 离 确 定 。 程 序 在 这 个 范 围 内 , 以 适 当 的 步 长 △ , 通 过 搜 索 评 价 函 数 的 最 小 值 , 求 出 满 足 精 , 

二 维 声 源 定 位 算 法 仿 真 , 。 评 价 函 数 定 义 如 米 下 , 在 虚 拟 的 声 源 点 产 生 , 求 出 声 源 到 达 四 个 声 音 传 感 器 的 绝 对 时 间 二 , , 区 域 内 , 每 隔 米设 定 一 个 。 假 定 声 音 在 每 一 个 点 上 度要 求 的 声 源 位 置 坐 标 下 , 了 , 十 , 一 十 △ 几 一了 了 一 毛 一 △ 几 一 乙 一 从 △ , 。 一丫 一 毛 , , 一 十 △妈 几 十 几 , , 其 中 及 , 可 在 方 程 组 以 解 析 方 式 求 得 。 用 中 由 搜 索 点 位 置 坐 标 进 行 的 算 法 仿 真 分 析 表 明 , 在 各 种 情 况 下 , 在 实 际 的 搜 索 范 围 内 , 评 价 函 数 的 曲 面 有 单 一 谷 点 , 其 所 对 应 的 位 置 坐 标 就 是 实 际 声 源 位 笠 坐 标 有 最 小 值 , 即 。 即 , , , , , , 洲 , … , 一 口 诬△ , 一 △ , 。 ￡△ 口 , △ 〔 口 定 位 算 法 的 量 化 误 差 是 台 , 设 系 统 允 许 的 测 量 己 时 , 程 序 在 更 小 的 范 围 、 从 一 误 差 为 , 当 △ △ 、 , 及 △ 丫 内 用 新 的 更 小 的 搜 索 步 长 △ 计 算 更 准 确 的 位 置 坐 标 , 直 到 是 上 次 较 大 范 围 内 用 较 大 搜 △ , 一 △ , 。 其 中 , △ , 索 步 长 算 得 的 声 源 位 置 坐 标 。 测 量 算 法 的 仿 真 分 析 及 结 论 仿 真 软 件 用 据 。 镇 簇 米 秒 , 在 规 定 范 围 内 任 意 给 定 。 设 当 地 声 速 语 言 设 计 。 首 先 产 生 仿 真 数 平 簇 汀。 风 速 和 风 向 角 , 在 场 , 。 , , 任 意 设 定 一 个 。 值 而 求 得 声 源 到 达 四 个 声 音 传 感 器 的 相 对 时 间 。 二 , 。 , 毛 二 几 , 一 一 几 , 一 , , , 一 。 , ‘ , , , , , 送 给 声 源 然 后 将 这 四 个 相 对 时 间 , 定 位 算 法 , 算 得 声 源 位 置 坐 标 和 当 地 声 速 , 。 仿 真 结 果 是 在 所 有 的 测 试 点 上 , 测 量 值 和 给 定 值 都 相 等 。 程 序 改 变 当 地 声 速 从 及 选 用 其 它 的 值 后 , 也 有 相 同 的 仿 真 结 果 。 文 中 还 采 用 设 计 了 交 互 式 虚 拟 二 维 声 源 定 位 系 统 软 件 , 虚 拟 的 声 源 坐 标 , 叽 由 使 用 者 在 软 件 界 面 上 的 测 量 区 域 内 任 意 点 击 鼠 标 产 生 , 系 统 的 风 速 和 风 向 角 可 在 软 件 界 面 上 任 意 给 定 。 仿 真 开 始 后 , 程 序 先 产 生 虚 拟 声 波 到 达 四 个 声 传 感 器 的 相 对 时 间 , 然 后 用 它 们 以 及 风 速 和 风 向 角 计 算 出 虚 拟 声 源 位 置 的 测 量 值 。 结 果 是 测 量 值 总 是 等 于 给 定 值 。 仿 真 结 果 和 虚 拟 软 件 使 用 结 果 说 明 这 种 测 量 算 法 是 正 确 和 可 行 的 。 测 量 算 法 的 量 化 误 差 总 可 以 满 足 测 量 精 度 的 要 求 。 参 考 文 献 王 晓宇 , 孙 晓峰 基 于 爆 轰 波 原 理 声 源 定 位 方 法 初 探 工 程 热 物理 学 报 , 第 卷 , 第 期 , 年 月 贾 沛 璋 对 运 动 声 源 的 被 动 定 位 跟 踪 新 方 法 控 制 理 论 与 应 用 , 第 卷 , 第 期 , 年 月 上 接 第 页 源 , 选 用 控 制 器 来 对 电 源 的 双 桥 臂 进 行 控 制 上 下 桥 臂 交 替 导 通 , 绝 对 不 能 连 通 。 实 际 使 用 中 如 图 所 示 。 其 中 、 决 定 输 出 脉 冲 的 频 率 决 定 周 期 性 放 电 的 时 间 , 即 进 行 调 节 脉 冲 的 宽 度 , 这 样 来 调 节 死 区 时 间 该 芯 片 工 作 的 电 源 电 压 和 驱 动 输 出 的 是 输 出 电 阻 。 输 出 信 号 由 决 电 源 接 同 一 电 源 定 , 当 输 人 低 电 平 时 , 输 出 信 号 如 图 所 示 , 当 输 人 高 电 平 , 禁 止 工 作 , 输 出 低 电 平 。 靠 性 。 实 际 中 我 们 选 用 二 、 二 、 , 逆 变 频 率 调 到 , 电 源 功 率 达 到 了 。 结 论 技 术 逆 变 电 源 的 核 心 技 术 。 本 文 着 重 介 绍 了 一 种 实 际 中 针 对 激 光 加 工 系 统 逆 变 电 源 的 控 制 方 案 , 并 在 实 践 中 得 到 进 一 步 验 证 。 并 且 借 助 该 方 案 , 我 们 已 研 制 成 功 千 瓦 级 的 激 光 加 工 系 统 。 具 有 功 率 大 、 体 积 小 、 性 能 可 靠 等 优 点 。 图 中 为 输 出 驱 动 开 关 桥 臂 的 导 通 宽 度 , 爪 的 工 作 频 率 , 即 开 关 电 源 的 逆 变 频 率 , 参 考 文 献 输 出 的 死 区 时 间 。 张 国顺 等 激光 器 用 开 关 电 源 的 分 析 与 设 计 电 力 为 为 选用 合 适 的 , 并 进 行 , 、 几 、 毛 的 合 理 分 配 , 将 可 以 大 大 提 高 电 源 的 功 率 和 工 作 的 可 、 、 电 子 技 术 , , , 一