《聲學陣列近場特性研究》是依託南京大學，由盧晶擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：聲學陣列近場特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：盧晶
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬針對聲學陣列（包括傳聲器陣列和揚聲器陣列）的近場特性展開研究，主要內容包括：分析聲場擾動以及陣元不一致對傳聲器陣列近場定位採集性能的影響，重點關注提升傳聲器陣列徑向區分度的最佳化策略；分析聲場擾動以及近場散射體對揚聲器陣列近場輻射特性的影響，探索提升揚聲器陣列在近場定位回放的最佳化方法；針對揚聲器陣列和傳聲器陣列近場聚焦所面臨的傳遞函式不確定性問題，通過相干虛源法等建模方法快速分析空間聲場的先驗信息，探索合理的傳遞函式模型，用於提升揚聲器陣列和傳聲器陣列的近場聚焦性能。在理論分析探索的基礎上，還將建立合理的實驗模型驗證新的魯棒性最佳化策略對傳聲器陣列和揚聲器陣列近場特性改善的有效性。該項目重點解決聲學陣列在近場工作所面臨的一系列難點問題，研究內容將有效地促進陣列技術在通信、教育、軍事和醫療等領域的套用。
結題摘要
本項目針對聲學陣列（包括傳聲器陣列和揚聲器陣列）的近場特性分析和最佳化所面臨的一系列重要問題展開研究，重點關注提升傳聲器陣列徑向區分度的最佳化策略；分析聲場擾動以及近場散射體對聲學陣列近場輻射特性的影響，探索提升揚聲器陣列在近場定位回放的最佳化方法；針對聲學陣列面臨的傳遞函式不確定性問題，探索合理的算法模型，提升傳聲器陣列的空間定位能力。在理論分析探索的基礎上，還建立了合理的實驗模型驗證新的魯棒性最佳化策略對聲學陣列近場特性改善的有效性。 項目的主要研究成果包括： （1） 針對常用波束算法不能有效抑制與聲源同方向的噪聲，在近場固定式波束設計時，對幾種典型波束最佳化策略進行改進，增加線性約束條件，提升徑向衰減性能，使得陣列兼具方向和距離辨識度。傳聲器數目較多時，算法魯棒性較低。為了提升波束算法的魯棒性，使用基於誤差分布函式加權的方法，在最佳化過程中增加魯棒性參數以提升系統的性能。 （2） 研究了近場散射效應對波束性能的影響。常用的魯棒性波束算法一般只考慮傳聲器單元和聲場的隨機誤差模型，而近場散射影響則帶有明顯規律。本項目在散射聲場條件下，分析了多種算法實現陣列的近場聲聚焦性能並進行對比。在此基礎上，引入單體和多體散射模型分析了近場散射效應對陣列聲聚焦性能的影響。 （3） 在散射聲場條件下，利用焦散原理，探索利用揚聲器陣列改變邊界相位分布特性，實現了有效的聲場調控，使得聲波可以沿任意凸軌跡傳播，繞過近場散射體。通過剛性球散射體的繞射實驗，充分驗證了這一方法的有效性。 （4） 提出了一種球諧域最大似然聲源定位算法。大部分球諧域定位算法，使用空心球陣列時，在球貝塞爾函式零點對應的頻率處魯棒性較差。本項目提出的算法迴避了球貝塞爾函式的除法，適用於空心球陣列。相比於基於波束的定位算法，具有更高的空間解析度；相比於基於子空間的定位算法，適用於低信噪比場景。 （5） 在理論分析探索的基礎上，建立了多套合理的實驗模型驗證新的魯棒性最佳化策略對傳聲器陣列和揚聲器陣列近場特性改善的有效性。
