数学建模社区-数学中国

标题: 麦克风阵列不同阵形的性能有什么区别？ [打印本页]
作者: 浅夏110    时间: 2020-5-15 10:22
标题: 麦克风阵列不同阵形的性能有什么区别？
日常应用的麦克风阵列，大致可以分为：十字阵、平面阵、圆阵、螺旋阵/ a  [1 q& c, e, V; U4 j
1.jpg ' p2 P& l! j  U" B' y
我们常说的十字阵、平面阵、螺旋阵，其实是阵列形状的描述，本质上则是声传感器的空间排布几何规则不同，决定了不同阵形具备不同的空域滤波性能。) x- h6 |: p( E" {, z
以16元声呐为例，常见的4种阵列的声传感器分布如下图：: j3 T% J: m9 R7 h- x$ n
2.jpg
5 {) g6 ]5 L9 R8 S' v: _常见的十字阵、平面阵都属于均匀平面阵，圆阵与螺旋阵则是非均匀平面阵，不同的阵列在不同阵列方向具有不同的空域分辨率。话不多数，有图有真相——4种阵型波束形成仿真的波束图（接收信号3000Hz）。
/ K, p% [6 e3 k# ~: @3 P  C2 h 3.jpg & o% X* k4 n/ |/ f( [1 N
直观来看，4种阵型的波束图的差距还是很大，为了看出来细节差异，我们把三维图统一投影到一个平面来看，如下图所示：1 T) G6 ?+ P) ]5 q& ?
4.jpg
- {! p+ N% r5 W5 x我们一般把中间的小山峰叫主瓣，主瓣越窄说明阵列分辨率越高，性能越好。旁边矮一点的小山峰叫旁瓣，旁瓣越高则意味着阵列抗干扰性能越差。" J; p; ^# Z) _4 ^& R1 w
可以看出，十字阵波束图的小山峰（主瓣）明显比圆阵，矩形阵，螺旋阵要窄，从主瓣来看，十字阵<圆阵≈矩形阵≈螺旋阵，这也意味着同样阵元个数的条件下，十字阵具有较高的空间分辨率。尺有所短寸有所长，十字阵旁边的小山峰明显较高，从旁瓣来看，十字阵>圆阵>矩形阵>螺旋阵，意味着此时十字阵的抗干扰能力较差。0 X1 ^" V$ Z" b: ~# ^0 R
9 I) q: W1 \$ O: ^

& F1 y0 s1 i9 a9 ~  j8 u+ m4 s7 b, k1 B2 p# N; ~) d* a/ k/ P( O( Y
5.jpg ) h2 n; c  c3 p- r; R( `! C
从阵型设计角度考虑，十字阵很容易获得较高的主瓣及分辨率，在各个领域也广泛应用。
/ ~5 E- q' f, h  T% a) V) ]6 d9 S圆阵的主瓣旁瓣分布均匀，在0~360°分辨率较为均匀，常被采用作为智能音箱的阵型。, L2 I0 R, L* {; o% E7 i
矩形阵则在均匀分布的阵元范围内具有较高的分辨率，是雷达设计常采用的阵型。
+ G5 C3 `& K4 j1 L1 |( @3 d螺旋阵阵元的不规则分布避免重复空间采样，可有效抑制混叠效应，所以这种不规则的阵列设计常常应用于声场成像，是声学相机所采取的主流阵型。
6 R! r' P8 o8 C~~~~~~~~~划重点的分割线~~~~~~~~* V6 z( r+ s( S/ u2 a2 V
十字阵，圆阵，矩形阵，螺旋阵，不同的声呐阵型决定了不同的空域滤波性能，各有优劣，实际工程应用中我们往往会根据成本预算，实际需求等来权衡选择，没有最优，只有最合适。4 {  u; b7 S( O1 }: f6 u; |) j

3 V% \& I& H% q" }/ n3 @+ H) [8 V, N2 e2 M+ z7 I# X9 t* X" W! s- h
作者：联丰迅声$ D2 u. b) Y7 b6 p* M- _6 i" z3 T
链接：https://www.zhihu.com/question/379057217/answer/1075479476) j4 W: ]9 G# |# x
来源：知乎3 m3 r+ V0 X7 J  x6 S
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
. I& Z* c; n) y* ~! l3 ]3 H0 B, O# X* l; t' V
+ w: ?% K8 @- p% N' m6 w) R
作者: 建模小白12138    时间: 2020-5-17 09:43
感谢！！！！！！！！！6 s2 J/ p- P) ^( F




欢迎光临 数学建模社区-数学中国 (http://www.madio.net/) Powered by Discuz! X2.5