本發(fā)明屬于聲源識別，具體涉及一種基于展開延時求和的氣體管道泄漏聲源識別方法。

背景技術(shù)：

1、氣體管道在氣體輸送過程中受到多種因素的影響，包括管道的自重、氣體的壓力、風(fēng)雪負(fù)荷、土壤的壓力、溫度變化導(dǎo)致的熱膨脹和收縮、振動以及地震等。這些因素可能導(dǎo)致管道的結(jié)構(gòu)損傷和氣體泄漏，從而帶來嚴(yán)重的安全隱患。氣體泄漏不僅造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，還可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸、以及中毒等嚴(yán)重事故，對公共安全構(gòu)成重大威脅。因此，能夠迅速而準(zhǔn)確地檢測和定位氣體泄漏源是十分重要的。

2、采用麥克風(fēng)陣列技術(shù)來捕捉氣體泄漏產(chǎn)生的聲波信號，并通過聲源定位技術(shù)來識別泄漏點(diǎn)，已成為解決這一問題的有效手段。通過麥克風(fēng)陣列收集的聲音數(shù)據(jù)，能夠精確定位氣體泄漏源，從而迅速采取必要措施，減少事故的潛在危害。這種技術(shù)不僅有助于減少事故損失，還可以提高環(huán)境安全和資源使用效率。持續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新氣體管道泄漏的檢測與識別技術(shù)，對于保護(hù)公眾安全、減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染具有重要意義。通過不斷優(yōu)化技術(shù)，可以進(jìn)一步提高氣體泄漏檢測和識別的準(zhǔn)確性，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

3、近年來，先后提出了三種典型的高性能波束形成方法，即反卷積波束形成、函數(shù)型波束形成和壓縮波束形成。然而這三類聲源識別方法需要通過將搜索區(qū)域劃分為離散的網(wǎng)格點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的，需要假設(shè)氣體泄漏聲源在網(wǎng)格點(diǎn)中，即潛在的泄漏聲源都位于搜索點(diǎn)中。在實(shí)際應(yīng)用中泄漏氣體源可能會偏離網(wǎng)格點(diǎn)位于任意位置，因此無法嚴(yán)格滿足在網(wǎng)模型而導(dǎo)致基不匹配，并且泄漏源的源強(qiáng)度估計(jì)的可靠性也會受到損害?；谝浑A泰勒展開的離網(wǎng)算法能解決這個問題，但是基于泰勒級數(shù)展開的信號模型只有在網(wǎng)格點(diǎn)接近真實(shí)源坐標(biāo)位置時才能實(shí)現(xiàn)精確的近似。因此，當(dāng)離散網(wǎng)格較大時，泰勒展開中傳遞函數(shù)矢量的近似會受到嚴(yán)重污染，從而導(dǎo)致泄漏源識別性能下降。

4、因此，亟需一種新的二維離網(wǎng)波束形成方法，防止離散網(wǎng)格過大時產(chǎn)生的誤差，提高運(yùn)算性能，同時提高氣體泄漏源識別的估計(jì)精確度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有離網(wǎng)算法存在網(wǎng)格點(diǎn)過大時產(chǎn)生的性能下降問題，本發(fā)明提出一種基于展開延時求和的氣體管道泄漏聲源識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

2、s1.采用平面螺旋麥克風(fēng)陣列對掃描區(qū)域進(jìn)行泄漏聲源識別，得到接收信號p；其中在平面螺旋麥克風(fēng)陣列中分布有m個傳聲器，掃描區(qū)域被均勻劃分為多個網(wǎng)格；

3、s2.根據(jù)接收信號p的互譜矩陣構(gòu)建噪聲矩陣q；

4、s3.基于噪聲矩陣q，采用展開延時求和方法迭代求解每一泄漏聲源的位置和泄漏源強(qiáng)度。

5、本發(fā)明的有益效果：

6、本發(fā)明基于傳統(tǒng)das方法進(jìn)行改進(jìn)，建立了一種基于展開延時求和的二維離網(wǎng)波束形成模型，能夠有效的緩解基不匹配問題。本發(fā)明方法通過一階泰勒展開式構(gòu)成的權(quán)矢量與噪聲矩陣構(gòu)造新展開延時求和函數(shù)，然后展開新展開延時求和函數(shù)，通過微分法和最小二乘法交替迭代優(yōu)化獲得泄漏源離網(wǎng)坐標(biāo)及強(qiáng)度估計(jì)，減少了求解迭代次數(shù)，能夠快速的得到離網(wǎng)坐標(biāo)，不受網(wǎng)格大小影響。所提方法脫離常規(guī)的線性或者均勻二維陣列的限制，能夠適用于任意二維平面陣列。

技術(shù)特征：

1.一種基于展開延時求和的氣體管道泄漏聲源識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于展開延時求和的氣體管道泄漏聲源識別方法，其特征在于，步驟s1還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于展開延時求和的氣體管道泄漏聲源識別方法，其特征在于，平面螺旋麥克風(fēng)陣列的接收信號p＝p*+n；其中，n表示測量噪聲干擾信號矩陣；p*表示信號接收矩陣，其表示為

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于展開延時求和的氣體管道泄漏聲源識別方法，其特征在于，步驟s2根據(jù)互譜矩陣r構(gòu)建噪聲矩陣q，表示為

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于展開延時求和的氣體管道泄漏聲源識別方法，其特征在于，步驟s3采用展開延時求和方法求解的具體過程包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于展開延時求和的氣體管道泄漏聲源識別方法，其特征在于，新展開延時求和函數(shù)表示為

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于展開延時求和的氣體管道泄漏聲源識別方法，其特征在于，對新展開延時求和函數(shù)進(jìn)行簡化和展開得到無約束二次規(guī)劃問題表示為

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于展開延時求和的氣體管道泄漏聲源識別方法，其特征在于，步驟s38更新殘差噪聲矩陣的過程表示為

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于聲源識別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于展開延時求和的氣體管道泄漏聲源識別方法，包括采用平面螺旋麥克風(fēng)陣列對掃描區(qū)域進(jìn)行泄漏聲源識別，得到接收信號；根據(jù)接收信號p的互譜矩陣構(gòu)建噪聲矩陣Q；基于噪聲矩陣Q，采用展開延時求和方法迭代求解每一泄漏聲源的位置和泄漏源強(qiáng)度；本發(fā)明能夠有效的緩解基不匹配問題。

技術(shù)研發(fā)人員：李帥永,余有為,沈沛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15