一种机载声学检测设备的硬件及软件降噪方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115980183A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202211474049.1G01N29/22(2006.01)(22)申请日2022.11.22G01R31/12(2020.01)G01R31/00(2006.01)(71)申请人国网福建省电力有限公司电力科学G01R1/04(2006.01)研究院G01M3/24(2006.01)地址350007福建省福州市仓山区复园支G01N29/44(2006.01)路48号G06F18/2132(2023.01)申请人国网福建省电力有限公司G06F18/2134(2023.01)(72)发明人李哲舟陈伯建吴文斌韩腾飞G06F17/11(2006.01)张伟豪吴晓杰王仁书梁曼舒G06F17/15(2006.01)陈卓磊林承华陈文彬G06F17/16(2006.01)(74)专利代理机构福州科扬专利事务所(普通合伙)35001专利代理师唐进喜(51)Int.Cl.G01N29/04(2006.01)权利要求书4页说明书11页附图3页(54)发明名称一种机载声学检测设备的硬件及软件降噪方法(57)摘要本发明涉及无人机声学检测技术领域的一种机载声学检测设备的硬件及软件降噪方法，包括硬件降噪部分和软件降噪部分，其中，硬件降噪部分主要通过设置钢丝绳减震结构和特殊定向收音结构，通过采用降噪材料、设计降噪结构的手段，从物理上减少被麦克风阵列拾取的噪声；软件降噪部分主要通过后期信号处理，对采集到的信号进行降噪。这里主要描述数字降噪方法的实验及测试结果；通过将硬件降噪和软件降噪相结合，实现高准确的环境声采集。CN115980183ACN115980183A权利要求书1/4页1.一种机载声学检测设备的硬件降噪方法，其特征在于：包括加装减震结构，消除部分机械振动产生的噪音；以及设置定向收音结构，削弱从其它方向入射的噪音，增强正向可能声源声波的信噪比。2.如权利要求1所述的一种机载声学检测设备的降噪方法，其特征在于：所述减震结构采用钢丝绳结构，利用多根环列分布设置的弧形钢丝绳围合构成一个鼓状笼体结构，并将笼体结构上下两端连接于无人机的机架与云台之间。3.如权利要求1所述的一种机载声学检测设备的降噪方法，其特征在于：所述定向收音结构包括具有一定长度的声波传导腔体，声波传导腔体一端设置声学检测阵列，声学检测阵列采用MEMS麦克风，另一端敞口作为收音端；其中，声波传导腔体的腔壁为疏松多孔结构，且腔体内采用倒角和转角平滑设计。4.一种机载声学检测设备的软件降噪方法，其特征在于：包括声学检测阵列获取高质量信号：声学检测阵列综合多路麦克风的观测结果进行系统降噪：通过阵列达波模型定位算法的基础理论原理，得到多个声源在阵列处叠加后的振动模型，并考虑麦克风的噪声矢量，得到完整的声场建模方程；基于时差的声源定位技术，通过计算信号的延迟，结合麦克风的位置，从而通过达波模型计算声源位置；利用波束形成理论进行声源定位，通过上述过程计算声场模型和时延求和后，得到对声场中的声源估计结果；进行噪声分离，在声源定位的计算过程中，利用矩阵的性质，对信号子空间和噪声子空间进行分解，通过噪声子空间的正交矢量，估计声源方向，降低无关噪音。5.如权利要求4所述的一种机载声学检测设备的降噪方法，其特征在于：所述声学检测阵列获取高质量信号：通过小波包降噪及重构算法对信号进行降噪；降噪后通过最优小波包基算法，采用熵最小原则；用最佳小波包树重构信号，提升信号的信噪比并突出主要特征。6.如权利要求4所述的一种机载声学检测设备的降噪方法，其特征在于：所述声学检测阵列综合多路麦克风的观测结果进行系统降噪：利用声源质点的振动方程为：经历了一定的时延后，得到空间质点P的振动方程为：其中，c为声速，x为传播距离；上述基于时延的波动方程求解，进行了平面波假设，即振幅与传播距离无关，传播中频率不变，相位随距离的变化而变化；而球面波模型中，仅仅将振幅A对距离做了衰减处理；根据声学的基本理论，声压振幅与传播距离成反比，由此可得球面波的传播模型。7.如权利要求4所述的一种机载声学检测设备的降噪方法，其特征在于：所述达波模型问题描述：当m个麦克风的声场中具有k个声源，假设m>k，第k个声源的振动方程已由上文定义，k2CN115980183A权利要求书2/4页与m之间的距离为rkm，声源距离阵列参考中心的距离为rm；考虑一个近场模型：声源K在参考中心产生的振动为：声源k在阵元m处产生的信号为：二者相除后：从中可以提取时延项：故而，第m个麦克风收到的总信号就可以认为是空间所有声源在这一点处的叠加：通过以上原理，可通过简单推导，得到m个声源在阵列处叠加后的振动模型，即声源达波模型：其中，每一列均为M维的