传统波束形成的算法实现「建议收藏」

传统波束形成的算法实现「建议收藏」最近学习了传统波束形成(CBF)的原理,尝试着写出识别一个单声源的波束形成程序。下面按照程序说明一下。1、初始化设置一些常数,例如抽样频率,所要计算的频率,时间步等。clearall;closeall;clc;%—————-初始化—————-%c=1500;%声速cfs=10000;%抽样频率fsT=0.1…

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。

最近学习了传统波束形成(CBF)的原理,尝试着写出识别一个单声源的波束形成程序。下面按照程序说明一下。

1、初始化

设置一些常数,例如抽样频率,所要计算的频率,时间步等。

clear all;
close all;
clc;
%---------初始化常量----------%
c = 334;      % 声速c
fs = 1000;    % 抽样频率fs
T = 0.1;       % ??
t = 0:1/fs:T;  % 时间 [0,0.1]
L = length(t); % 时间长度
f = 500;       % 感兴趣的频率
w = 2*pi*f;    % 角频率
k = w/c;       % 波数 k

2、阵元设置

下面是阵元部分,包括阵元个数,间距设置。

M = 18;        % 阵元个数

接下来是阵元坐标,声源位置,这里设置的是(12,10,12)点,同时设置阵元的高斯白噪声。

%---------各阵元坐标---------%
M = 18;        % 阵元个数
% Nmid = 12;      % 参考点
% d = 3;         % 阵元间距
% m = (0:1:M-1) 
yi = zeros(M,1); % 生成一个M*1维的零矩阵
zi = [0;3;6;9;12;15;18;21;24;12;12;12;12;12;12;12;12;12];
xi = [12;12;12;12;12;12;12;12;12;0;3;6;9;12;15;18;21;24];     
%xi = xi.'      % 列向量 m*d 阵元数*阵元间距


figure(1)
plot(xi,zi,'r*');
title('十字形麦克风阵列')
%--------- 声源位置----------%
x1 = 12;  
y1 = 10;
z1 = 12;  %声源位置 (12,10,12) x,z为水平面


x2 = 12;
y2 = 0;
z2 = 12;


Ric1 = sqrt((x1-xi).^2+(y1-yi).^2+(z1-zi).^2); % 声源到各阵元的距离
Ric2 = sqrt((x1-x2).^2+(y1-y2).^2+(z1-z2).^2);
Rn1 = Ric1 - Ric2;  %声源至各阵元与参考阵元的声程差矢量


s1 = cos(2*w*t);    % 参考阵元接收到的矢量
   
Am = 10^(-1);  % 振幅
n1 = Am * (randn(M,L)+j*randn(M,L));  % 各阵元高斯白噪声
p1 = zeros(M,L);

3、延迟求和

整个程序最关键的部分,延迟求和,同时得到各阵元接收的声压信号矩阵。以及协方差矩阵,这个还有疑问,要把论文读懂来理解。

%--------------------------各阵元的延迟求和--------------------------------%
for k1 = 1:M
    p1(k1,:) = Ric2/Ric1(k1)*s1.*exp(-j*w*Rn1(k1)/c);
    % 接收到的信号
end
p = p1+n1;  % 各阵元接收的声压信号矩阵
R = p*p'/L; % 接收数据的自协方差矩阵  A.'是一般转置,A'是共轭转置

4、扫描整个声源平面

我们设置步长为0.1,扫描范围是20×20的平面,双重for循环得到M*1矢量矩阵,最后得到交叉谱矩阵(cross spectrum matrix)。由DSP理论,这个就是声音的功率。

%-------扫描范围------%
step_x = 0.1;  % 步长设置为0.1
step_z = 0.1;
y = y1;
x = (9:step_x:15);  % 扫描范围 9-15
z = (9:step_z:15);


for k1=1:length(z)
    for k2=1:length(x)
        Ri = sqrt((x(k2)-xi).^2+(y-yi).^2+(z(k1)-zi).^2);
        Ri2 = sqrt((x(k2)-x2).^2+(y-y2).^2+(z(k1)-z2).^2);
        % 该扫描点到各阵元的聚焦距离矢量
        Rn = Ri-Ri2;
        % 扫描点到各阵元与参考阵元的程差矢量
        
        b = exp(-j*w*Rn/c); % 声压聚焦方向矢量
        Pcbf(k1,k2) = abs(b'*R*b); % CSM
    end
end

5、归一化处理

归一化处理的程序

%--------------------------------------归一化------------------------------%
for k1 = 1:length(z);
    pp(k1) = max(Pcbf(k1,:)); % Pcbf 的第k1行的最大元素的值
end

Pcbf = Pcbf/max(pp);  % 所有元素除以其最大值 归一化幅度

6、作图 

观察得到的结果

%-------------------------------作图展示-----------------------------------%
figure(2)
surf(x,z,Pcbf);
xlabel('x(m)'),ylabel('z(m)')
title('CBF三维单声源图')
colorbar


figure(3)
pcolor(x,z,Pcbf);
shading interp;
xlabel('x(m)');
ylabel('z(m)');
title('CBF单声源图')
colorbar

7、结果

十字型阵列最终得到的结果效果并不理想,没有达到一个点声源的理想结果。

传统波束形成的算法实现「建议收藏」

可以看出下图三维点声源的效果并不理想。

传统波束形成的算法实现「建议收藏」

传统波束形成的算法实现「建议收藏」

接下来是矩形阵列的结果:

传统波束形成的算法实现「建议收藏」

可以看出下图三维点声源的效果还可以。

传统波束形成的算法实现「建议收藏」

传统波束形成的算法实现「建议收藏」

论文中给出的结果,很明显的点声源分布。

传统波束形成的算法实现「建议收藏」

接下来是继续熟悉CBF算法,提高可扩展性,同时学习声源反卷积成像算法(DAMAS),下一篇进行算法总结。

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 举报,一经查实,本站将立刻删除。

发布者:全栈程序员-站长,转载请注明出处:https://javaforall.net/148167.html原文链接:https://javaforall.net

赞 (0)
全栈程序员-站长的头像全栈程序员-站长


相关推荐

  • 会员 数据库表设计[通俗易懂]

    会员 数据库表设计[通俗易懂]http://www.cnblogs.com/wuhuacong/p/3957428.html

    2022年6月20日
  • python 获取图片分辨率_python读取图片分辨率

    python 获取图片分辨率_python读取图片分辨率使用python获取图片分辨率或大小fromPILimportImagefilename=r’E:\data\yangben\0.jpg’img=Image.open(filename)imgSize=img.size#图片的长和宽print(imgSize)maxSize=max(imgSize)#图片的长边minSize=min(imgSize)#图片的短边print(maxSize,minSize)太慢用清华园python3的话使用

    2022年9月12日
  • python skitlearn_Python sklearn

    python skitlearn_Python sklearn1.Sklearn简介Scikit-learn(sklearn)是机器学习中常用的第三方模块,对常用的机器学习方法进行了封装,包括回归(Regression)、降维(DimensionalityReduction)、分类(Classfication)、聚类(Clustering)等方法。当我们面临机器学习问题时,便可根据下图来选择相应的方法。Sklearn具有以下特点:简单高效的数据挖…

    2022年8月31日
  • 论计算机发展史及展望_策略单元培训心得

    论计算机发展史及展望_策略单元培训心得一种对计算机发展史展开研究的策略(3页)本资源提供全文预览,点击全文预览即可全文预览,如果喜欢文档就下载吧,查找使用更方便哦!9.9积分一种对计算机发展史展开研究的策略一种对计算机发展史展开研究的策略一种对计算机发展史展开研究的策略一、引言随着中国的开放,科学技术的国际交流日益深入,现代化意义上的计算机产品与技术被不断介绍并引入到国内,且在短时间内取得了迅.L.猛的发展。然而,作为…

    2022年10月18日
  • 计算机网络基础知识点总结

    计算机网络基础知识点总结1.计算机网络体系结构2.各层的作用和支持的协议3.物理层传输数据的基本单位:比特流0和1数据传输系统:源系统(源点、发送器)–>传输系统–>目的系统(接收器、终点)通道:单向通道(单工通道):只有一个方向通信,没有反方向交互,如广播双向交替通信(半双工通信):通信双方都可发消息,但不能同时发送或接收双向同时通信(全双工通信):通信双方可以同时发送和…

    2022年5月27日
  • 数据挖掘——关联规则挖掘

    数据挖掘——关联规则挖掘《数据挖掘》国防科技大学《数据挖掘》青岛大学数据挖掘之关联规则挖掘关联规则挖掘(AssociationRuleMining)最早是由Agrawal等人提出。最初的动机是解决购物篮分析(BasketAnalysis)问题,目的是发现交易数据库(TransactionDatabase)中不同商品之间的联系规则。定义关联规则是描述在一个交易中物品之间同时出现的规律的知识模式,更确切的说,关联规则是通过量化的数字描述物品X的出现对物品Y的出现有多大的影响。关联分析associationana

    2022年7月17日

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注

关注全栈程序员社区公众号