CN202735507U - 一种大孔径立体阵列结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大孔径立体阵列结构，包括：中心支撑平台和若干圆杆（11），所述的若干圆杆（11）和中心支撑平台固定装配；所述的中心支撑平台包括依次同轴套设的摄像头基座（7）、前端盘（6）、圆筒（4）和平台安装基座（1），所述的圆筒（4）通过前端插销与平台安装基座连接，圆筒（4）另一端套接前端盘（6），所述的摄像头基座（7）套接在前端盘（6）上；所述的圆杆（11）上安装有阵元基座（10），该圆杆（11）通过平台安装基座（1）上的圆杆连接件（2）和圆杆支撑件（3）连接在平台安装基座（1）上，并与支撑平台中心线维持一定的角度。该结构简单，增大了阵列孔径，拓展了测量频率下限，并且有利于提高探测定位精度。

Description

一种大孔径立体阵列结构

技术领域

本实用新型涉及声学测量领域，具体地说，本实用新型涉及一种大孔径立体阵列结构。

背景技术

阵列结构是指将多个传声器按照某种平面或者立体几何形状分布组合而成的声学探测装置，该装置按照一定规律布放若干个声学探测单元接收声场声学信号，通过声源定位算法对多个声源进行同步定位，确定声场的空间信息，并能够增强期望信号和抑制背景噪声和干扰源，提高声源的定位精度和对无关信号的抑制能力，可以用于测量声源或者声场的分布情况，确定声源位置，跟踪移动的声源，该装置可应用于声学测量领域中，如机器设备的噪声测量、移动目标的跟踪、运动目标噪声的快速测量定位、机器噪声故障诊断等领域，大孔径立体阵列结构特别适合于大型目标和低频声源的测量定位。

常用的声学探测阵列结构主要包括直线阵列结构、平面阵列结构、立体阵列结构。直线阵列结构是指所有阵元位于同一直线上，阵元按照一定规律分布的阵列结构形式，只能确定声源目标的方位角，无法确定声源的仰角，无法分辨声源位于直线的哪一侧。平面阵列结构是指所有阵元位于同一平面上的上阵列结构形式，阵元在平面上可以按照不同的规律分布，可以定位声源的方位角和仰角，但无法进行空间三维定位。立体阵列结构是在三维空间上按照一定的规律分布的立体阵列形式，可以对三维空间的声源进行定位，并且可以设计大孔径的阵列形式，使得阵列的空间分辨率更高，阵列的测量频率下限更低，并且可以分辨前后方向的声源。利用立体阵列结构，在三维空间上采集声学信号，按照特定的算法对空间声场进行计算分析，得到空间声场的分布情况，并与前端摄像头采集的时频图像融合叠加，得到直观的声源定位图。立体阵元结构特别适合于低频大目标的声源定位测量。

立体阵列结构的阵元分布对阵列的探测性能有重要的影响。按照合理形式分布的阵型不但能够使得阵列具有较高的空间分辨率，而且具有较高的旁瓣抑制能力，对于非期望方向的来波干扰具有较强的抑制能力，从而得到较精确地定位结果，同时不会将干扰信号作为声源得到错误的定位结果。性能优良的立体阵元结构不仅可以精确测量出声源的位置，得到高信噪比的目标信号，而且可以有效降低虚源效应，得到准确的声源定位结果。立体阵元结构特别适合于低频大目标外场测量，尺寸较大，但要求稳固、易安装便携、可靠。

现有的大孔径立体阵列采用3根长杆或者5根长杆形式，如德国Acoustic Camera的星形阵采用的3根长杆形式，总共有36个阵元，每根长杆无法拆卸折叠安装，因此，阵元孔径尺寸、杆和阵元数目都会受到限制；每个杆上阵元的分布完全相同；每个杆的信号线汇集一起外露在外面，易于受损。丹麦B&K公司的星形阵列采用5根杆的形式，每根杆上阵元按相同规律分布，单杆无法做到拆卸或折叠安装。因此，现行推广的立体阵列的单根杆无法拆卸或折叠，导致立体阵列阵体较大，造成使用、安装和运输上的不便，导致了必须在阵列阵体尺寸和使用、运输方便携性、稳固性方面做一些妥协，限制了立体阵列的大孔径优势。另外，在安装方面，现有的立体阵列结构是长杆组成阵体直接安装在支架上，主要用于仰视角度上的目标噪声测量，在平视或俯视情况下，会存在重心失衡问题，导致安装不稳固。

因此，阵列的孔径较小，运输安装不变，并且每根杆上阵元分布一致，造成阵列的性能没有达到最佳。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，为克服现有阵元结构在探测精度、虚源效应、安装结构及稳定性等方面的缺点及不足，从而提供一种具有大孔径、高探测精度、低测量频率下限的阵元结构。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案所提供的一种大孔径立体阵列结构，其特征在于，该大孔径立体阵列结构包括：中心支撑平台和若干圆杆11，所述的若干圆杆11和中心支撑平台固定装配；

所述的中心支撑平台包括依次同轴套设的摄像头基座7、前端盘6、圆筒4和平台安装基座1，所述的圆筒4通过前端插销与平台安装基座连接，圆筒4另一端套接前端盘6，所述的摄像头基座7套接在前端盘6上；

所述的圆杆11上安装有阵元基座10，该圆杆11通过平台安装基座1上的圆杆连接件2和圆杆支撑件3连接在平台安装基座1上，并与支撑平台中心线维持一定的角度。所述的摄像头基座7，用于固定摄像头。

作为上述技术方案的一种改进，所述的圆杆11由三根短杆连接固定而成，以便于组装和运输。所述的三根短杆之间通过弹簧连接，相邻两根短杆之间通过弹簧伸缩进行组装与折叠。或，所述的三根短杆的直径由顶端的第三短杆向末端的第一短杆递减，相邻两根短杆之间通过套筒套合连接，以方便组装与拆卸。

作为上述技术方案的又一种改进，所述的阵元基座10在若干圆杆11上的按照立体螺旋线规律分布。

作为上述技术方案的又一种改进，所述的圆杆11为8根，所述的阵元基座10在每根圆杆11上安装8个，呈八星立体阵列结构，共64个阵元基座10是按照优化算法确定，坐标如下：

作为上述方法的再一种改进，所述的前端盘6沿周向设有若干连接销5，该连接销5与支撑杆8的一端套接，支撑杆8的另一端支撑固定于圆杆11中部。支撑杆8和中心支撑平台一起调整重心平衡作用，加强安装稳固。

作为上述方法的还一种改进，所述的阵元基座10，用于固定阵列单元，所述的阵元基座10设有安装进线圆孔，通过该圆孔布线，通向圆杆11内部。所述的圆杆11内部布置阵元信号线，并经由圆杆11的末端汇总进入圆筒4，阵元信号线隐蔽圆筒内部，保证走线干净简洁同时不会因为失误而使得线路扯断。所述的圆杆11采用塑料、铝合金、碳纤维、不锈钢或玻璃钢材料制成。

本实用新型的本实用新型的具有大孔径、高探测精度、低测量频率下限的阵元结构，所述的支撑平台前端通过摄像头连接件安装摄像头，后端通过圆杆连接件2与圆杆11相连支撑圆杆11，连接件圆孔成一定角度，保证了圆杆11精确安装后保持一定的角度；设计大孔径的阵列结构，通过不同的连接结构，将大型阵列可以拆卸为较小的体积，方便安装拆卸，同时可以进一步扩大阵元结构的孔径。每根圆杆11上的阵元位置不同，并按照一定规律布放，使得阵列具有较高的空间分辨率。

与现有阵形相比，本实用新型的一种大孔径立体阵元结构具有以下优点：

1、本实用新型结构简单可靠方便，采用圆杆11与支撑平台连接，可拆卸组装，每根圆杆11由较短的三根短杆构成，中间由弹簧连接件12连接，可以折叠伸展，并通过支撑杆8的支撑，这种形式扩大了阵列的孔径，并为未来进一步扩大阵列孔径提供了可能。

2、本实用新型结构，每根圆杆11上的阵元位置均不相同，进一步提高了阵列的定位性能。

总之，本实用新型结构简单，增大了阵列孔径，拓展了测量频率下限，并且有利于提高探测定位精度。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例，其中：

图1为本实用新型的大孔径立体阵列结构正面示意图；

图2为本实用新型的大孔径立体阵列结构侧面示意图；

图3为本实用新型的大孔径立体阵列的中心支撑平台的安装结构示意图；

图4为本实用新型的大孔径立体阵列圆杆折叠状态的结构示意图；

图5为本实用新型的大孔径立体阵列整体折叠后的结构示意图；

图6为本实用新型的大孔径立体阵列按照立体螺旋线规律分布的阵元位置示意图；

图7为图6中的阵元位置在三维空间上的分布示意图；

图8为本实用新型另一最优实施例的大孔径立体阵列的波束响应方向图。

附图标识：

1、平台安装基座    2、圆杆连接件    3、圆杆支撑件

4、圆筒            5、连接销        6、前端盘

7、摄像头基座      8、支撑杆        9、短杆

10、阵元基座       11、圆杆         12、弹簧连接件

13、传声器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地描述。

如图1和图2所示，本实施例的大孔径立体阵元结构包括：中心支撑平台和若干圆杆11，所述的若干圆杆11和中心支撑平台固定装配；其中，圆杆11材质采用可采用塑料、铝合金、不锈钢、玻璃钢等材料制作，阵元信号线隐蔽圆筒内部，保证走线干净简洁同时不会因为失误而使得线路扯断。

如图3所示，支撑平台与圆杆11的连接装配关系，圆杆11的第一段短杆通过圆杆连接件2连接平台安装基座1，并通过圆杆支撑件3保证圆杆11与支撑平台中心线维持一定的角度，圆筒4通过前端插销与安装基座连接，圆筒4另一端套接前端盘6，摄像头基座7套接在前端盘6上，连接销5与支撑杆8套接，支撑杆另一端连接第二段短杆支撑起圆杆11。

如图4和图5所示，圆杆11是由3段短杆9通过弹簧连接件12固定组装而成，在短杆9上安装有阵元基座10，阵元基座10上用于安装传声器13。

或者，可以是每条刚性圆杆11由三段短杆构成，由顶端向末端直径递减，直径15mm～24mm，相邻两根短杆之间通过套筒套合连接，以方便组装与拆卸。

如图6和图7所示，本实施例的具有空间定位能力的三维大孔径立体阵元结构的圆杆11上阵元基座坐标按照立体螺旋线规律分布。

作为最优实施例，如表1所示，本实施例的具有空间定位能力的三维大孔径立体阵元结构的圆杆11个数选为8个，每条刚性圆杆11上阵元基座个数选为8个，每条圆杆11的阵元基座分布规律不一致，按照优化算法确定阵元基座坐标如下：

表1

如图8所示，为本实用新型上述最优实施例的大孔径立体阵列的波束响应方向图。该图进一步证实，基于本实用新型的结构优势，本实施例位于中心的支撑平台和8根位于中心平台周边的刚性圆杆11，整个结构直径可达3.6米，有利于扩展测量频率下限。总共64个单元按照一定的规律分布，具有最优的探测性能，保证了阵元位置精确提高了阵列测量精度和干扰抑制能力，整体结构方便拆卸组装，安装稳固。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种大孔径立体阵列结构，其特征在于，该大孔径立体阵列结构包括：中心支撑平台和若干圆杆（11），所述的若干圆杆（11）和中心支撑平台固定装配；

所述的中心支撑平台包括依次同轴套设的摄像头基座（7）、前端盘（6）、圆筒（4）和平台安装基座（1），所述的圆筒（4）通过前端插销与平台安装基座连接，圆筒（4）另一端套接前端盘（6），所述的摄像头基座（7）套接在前端盘（6）上；

所述的圆杆（11）上安装有阵元基座（10），该圆杆（11）通过平台安装基座（1）上的圆杆连接件（2）和圆杆支撑件（3）连接在平台安装基座（1）上，并与支撑平台中心线维持一定的角度。

2.根据权利要求1所述的大孔径立体阵列结构，其特征在于，所述的圆杆（11）由三根短杆连接固定而成，以便于组装和运输。

3.根据权利要求2所述的大孔径立体阵列结构，其特征在于，所述的三根短杆之间通过弹簧连接，相邻两根短杆之间通过弹簧伸缩进行组装与折叠。

4.根据权利要求2所述的大孔径立体阵列结构，其特征在于，所述的三根短杆的直径由顶端的第三短杆向末端的第一短杆递减，相邻两根短杆之间通过套筒套合连接，以方便组装与拆卸。

5.根据权利要求1所述的大孔径立体阵列结构，其特征在于，所述的阵元基座（10）在若干圆杆（11）上是按照立体螺旋线规律分布。

6.根据权利要求1所述的大孔径立体阵列结构，其特征在于，所述的圆杆（11）为8根，每根圆杆（11）上分布8个阵元基座（10），呈八星立体阵列结构，共64个阵元基座（10），通过优化算法确定阵元基座坐标如下：

7.根据权利要求1～6任一项所述的大孔径立体阵列结构，其特征在于，所述的前端盘（6）沿周向设有若干连接销（5），该连接销（5）与支撑杆（8）的一端套接，支撑杆（8）的另一端支撑固定于圆杆（11）中部。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的大孔径立体阵列结构，其特征在于，所述的阵元基座（10），用于固定阵列单元，所述的阵元基座（10）设有安装进线圆孔，通过该圆孔布线，通向圆杆（11）内部。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的大孔径立体阵列结构，其特征在于，所述的圆杆（11）内部布置阵元信号线，并经由圆杆（11）的末端汇总进入圆筒（4），阵元信号线隐蔽圆筒内部，保证走线干净简洁同时不会因为失误而使得线路扯断。

10.根据权利要求1～6中任一项所述的大孔径立体阵列结构，其特征在于，所述的圆杆（11）采用塑料、铝合金、碳纤维、不锈钢或玻璃钢材料制成。

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