一种换能器阵列的阵形优化方法及换能器阵列.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115032592A(43)申请公布日2022.09.09(21)申请号202210448901.1(22)申请日2022.04.26(71)申请人苏州清听声学科技有限公司地址215000江苏省苏州市高新区科灵路78号(72)发明人匡正毛峻伟康雅聪(51)Int.Cl.G01S5/24(2006.01)G06N3/00(2006.01)G06F17/10(2006.01)G06F30/27(2020.01)H04R1/40(2006.01)权利要求书4页说明书9页附图4页(54)发明名称一种换能器阵列的阵形优化方法及换能器阵列(57)摘要本发明公开了一种换能器阵列的阵形优化方法及换能器阵列，所述方法包括建立坐标系，并确定约束区域内换能器阵列的初始参数，参数包括用于表示换能器阵列各阵元位置坐标的待优化参数；构造换能器阵列的波束扫描模型，根据换能器阵列各阵元位置坐标和换能器阵列的目标扫描区域确定适应度函数；利用粒子群算法对适应度函数进行最优化求解，得到待优化参数的优化结果，根据优化结果得到换能器阵列各阵元的最优位置。本发明可以在给定换能器阵列的阵元数目，阵列孔径，最小阵元间距等限制条件下，能够获得良好的阵元排布，进而来提高原始波束图的质量，从而使得换能器阵列可以更好的应用于声源定位、超声波探伤等领域。CN115032592ACN115032592A权利要求书1/4页1.一种换能器阵列的阵形优化方法，其特征在于，所述方法包括：S1，建立坐标系，并确定约束区域内换能器阵列的初始参数，所述参数包括用于表示换能器阵列各阵元位置坐标的待优化参数；S2，构造换能器阵列的波束扫描模型，根据所述换能器阵列各阵元位置坐标和所述换能器阵列的目标扫描区域确定适应度函数；S3，对所述适应度函数进行最优化求解，得到所述待优化参数的优化结果，根据所述优化结果得到换能器阵列各阵元的最优位置。2.如权利要求1所述的一种换能器阵列的阵形优化方法，其特征在于，将所述待优化参数作为优化变量构建换能器阵列的优化模型，所述优化模型具体表示为：s.t.J(x1...，xN)＝wM(x1...，xN)或者J(x1...，xN)＝w1M1(x1...，xn)+…+wiMi(x1...，xN)其中，为优化模型，J(x1...，xN)为适应度函数，Mi(x1...，xN)为目标函数，x为阵元的位置坐标。3.如权利要求1所述的一种换能器阵列的阵形优化方法，其特征在于，所述换能器阵列为由多个同心圆环组成的圆环阵，所述约束区域为圆环阵的最内圆环和最外圆环之间的区域。4.如权利要求1所述的一种换能器阵列的阵形优化方法，其特征在于，所述待优化参数包括各圆环的半径余量和每个圆环上第一个起始标号阵元与水平方向的偏转角，所述第一个起始标号阵元为坐标系中位于水平轴上或者上方与水平轴的偏转角最小的一个阵元；所述半径余量具体表示为：Δr1，Δr2...ΔrL‑1；各个圆环上的第一个起始标号阵元与水平方向的偏转角具体表示为：φ1，φ2...φL；其中，L表示圆环阵的圆环数量，为大于等于1的整数。5.如权利要求1所述的一种换能器阵列的阵形优化方法，其特征在于，所述S2具体包括：S21，根据所述换能器阵列各阵元位置坐标计算目标扫描区域波束图在至少一个视场角范围对应的至少一个目标函数；S22，根据所述目标函数和所述目标函数对应的权重，得到对应的所述适应度函数。6.如权利要求5所述的一种换能器阵列的阵形优化方法，其特征在于，所述目标函数具体表示为：其中，M表示目标函数，x为阵元的位置坐标，N为换能器阵列的阵元数量且为大于等于12CN115032592A权利要求书2/4页的整数，k为波数，φmin～φmax表示视场角范围，J1为一阶的第一类贝塞尔函数，dmn为第m个阵元和第n个阵元间的距离，n＝m+1，m为大于等于1的整数。7.如权利要求5所述的一种换能器阵列的阵形优化方法，其特征在于，所述适应度函数具体表示为：J(x1...，xN)＝wM(x1...，xN)，或者J(x1...，xN)＝w1M1(x1...，xN)+…+wiMi(x1...，xN)；其中，w表示权重，i为大于1的整数。8.如权利要求1所述的一种换能器阵列的阵形优化方法，其特征在于，所述S2具体包括：S21a，根据所述换能器阵列各阵元位置坐标计算目标区域波束图在第一个视场角范围为φmin1～φmax1对应的第一目标函数M1(x1...，xN)，表示为：其中，M1(x1...，xN)表示第一目标函数，x为阵元的位置坐标，N为换能器阵列的阵元数量且为大于等于1的整数，k为波数，φmin～φmax表示视场角范围，J1为一阶的第一类贝塞尔函数，dmn为第m个阵元和第n个阵元间的距离，n＝m+1