Построение акустических изображений с помощью сверхразрешающих методов с использованием неэквидистантных планарных антенных решеток

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведены исследования возможности применения планарных неэквидистантных антенных решеток в задачах построения акустических изображений. Такие антенные решетки могут применяться, например, для диагностики различных механизмов с целью определения областей повышенного шумоизлучения. Для определения преимуществ использования неэквидистантных антенн в работе проведено численное моделирование. Приведены сравнения современных классических методов сверхразрешения с одним из новых методов, разработанным в ИПФ РАН. Полученные результаты подтвердились в эксперименте. Результаты работы позволяют сделать вывод, что планарные разреженные неэквидистантные антенные решетки дают возможность уменьшить количество используемых микрофонов или расширить частотный диапазон в задачах выделения источников и разрешения их в пространстве.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Родионов

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Email: saveliev@ipfran.ru
Россия, ул. Ульянова 46, Нижний Новгород, 603950

Н. В. Савельев

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: saveliev@ipfran.ru
Россия, ул. Ульянова 46, Нижний Новгород, 603950

Список литературы

  1. Heilmann G., Meyer A. Time-domain Beamforming using 3D-microphone arrays // Proc. the Berlin Beamforming Conference. Berlin, Germany, 19–20 February, 2008. Art. No. 4.
  2. Зверев В.А. Формирование изображений акустических источников в мелком море. Федер. исслед. центр Ин-т приклад. физики РАН. Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2019. 112 с.
  3. Leahy R.M., Jeffs B.D. // IEEE Trans. Antennas Propagat. 1991. V. 39. No. 8. P. 1178. doi: 10.1109/8.97353
  4. Bucci O.M., D’Urso M., Isernia T., et al. // IEEE Trans. Antennas Propagat. 2010. V. 58. No. 6. P. 1949. https://doi.org/10.1109/TAP.2010.2046831
  5. Малышкин Г.С., Сидельников Г.Б. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов (обзор) // Акуст. журн. 2014. Т. 60. № 5. С. 526–545.
  6. Сазонтов А.Г., Малеханов А.И. Согласованная пространственная обработка сигналов в подводных звуковых каналах (обзор) // Акуст. журн. 2015. Т. 61. № 2. С. 233–253.
  7. Ермолаев В.Т., Флаксман А.Г., Елохин А.В., Купцов В.В. Метод минимального многочлена для оценки параметров сигналов, принимаемых антенной решеткой // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 1. С. 78–85.
  8. Van Trees H.L. Detection, Estimation, and Modulation Theory. Part IV. Optimum Array Processing. N.Y.: Wiley, 2002.
  9. Родионов А.А., Турчин В.И. Обработка сигналов в антенных решетках на основе модели помехи, включающей корреляционную матрицу неполного ранга // Изв. вузов. Радиофизика. 2017. Т. 60. № 1. С. 60–71.
  10. Родионов А.А., Семенов В.Ю., Савельев Н.В., Коновалов К.С. Локализация неподвижного источника звука с использованием некогерентного апертурного синтеза с одновременным подавлением помех // Изв. вузов. Радиофизика. 2019. Т. 62. № 2. С. 126–135.
  11. Иваненков А.С., Родионов А.А., Савельев Н.В. Определение эффективного числа источников помехи в задаче адаптивной оценки временных форм узкополосных сигналов с помощью антенных решеток // Изв. вузов. Радиофизика. 2019. Т. 62. № 3. С. 228–240.
  12. Иваненков А.С., Родионов А.А., Савельев Н.В. Сверхразрешение близких источников в задаче построения акустических изображений с помощью метода максимального правдоподобия // XXXII Сессия РАО, Москва 14-18 октября 2019 г.
  13. Иваненков А.С., Родионов А.А., Савельев Н.В. Построение акустических изображений с помощью гибких микрофонных антенных решеток с использованием сверхразрешающих методов // Изв. вузов. Радиофизика. 2021. Т. 64. № 7. С. 522–534.
  14. Турчин В.И., Родионов А.А. Обнаружение и пеленгация источников с использованием разреженных антенных решеток // Изв. Вузов. Радиофизика. 2018. Т. 61. № 2. C. 122–140.
  15. Родионов А.А., Савельев Н.В. Синтез планарных разреженных антенных решеток для обнаружения и пеленгации // Изв. вузов. Радиофизика. 2024. Т. 67. № 3. C. 236–245.
  16. Королюк В.С., Портенко Н.И., Скороход А.В. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. М: Наука, 1985. 640 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Отбор элементов для АР. Черными кружками обозначена исходная эквидистантная АР, красными — отбор элементов по указанной выше методике, серыми линиями — границы подрешеток

Скачать (127KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость вероятности разрешения от ОСШ для различных адаптивных методов. Показан результат для эквидистантной АР из 120 элементов

Скачать (176KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость вероятности разрешения от ОСШ для различных адаптивных методов

Скачать (158KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Акустический портрет для методов МПКС и MUSIC для разреженной эквидистантной АР

Скачать (165KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Акустический портрет для методов МПКС и MUSIC для разреженной неэквидистантной АР

Скачать (156KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Акустический портрет, построенный с помощью методов MUSIC и МПКС (120-элементная эквидистантная АР)

Скачать (526KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Акустический портрет, построенный с помощью методов MUSIC и МПКС (30-элементная разреженная эквидистантная АР)

Скачать (541KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Акустический портрет, построенный с помощью методов MUSIC и МПКС (30-элементная разреженная неэквидистантная АР)

Скачать (539KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Акустический портрет, построенный с помощью методов MUSIC и МПКС (30-элементная разреженная неэквидистантная АР, уменьшенное по сравнению с рис. 8 расстояние между источниками)

Скачать (546KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025