【正文】 在論文的撰寫過程中老師們給予我很大的幫助，幫助解決了不少的難點(diǎn)，使得論文能夠及時完成，這里一并表示真誠的感謝。老師們認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。最后，我要特別感謝我的導(dǎo)師趙達(dá)睿老師、和研究生助教熊偉麗老師。四年的風(fēng)風(fēng)雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。感謝老師四年來對我孜孜不倦的教誨，對我成長的關(guān)心和愛護(hù)。從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個新的征程，要把所學(xué)的知識應(yīng)用到實(shí)際工作中去。最后，我要感謝我的父母對我的關(guān)系和理解，如果沒有他們在我的學(xué)習(xí)生涯中的無私奉獻(xiàn)和默默支持，我將無法順利完成今天的學(xué)業(yè)。其次，我要感謝大學(xué)四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學(xué)習(xí)期間對我的嚴(yán)格要求，感謝他們對我學(xué)習(xí)上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。首先，我要特別感謝我的知道郭謙功老師對我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書寫及設(shè)計過程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了設(shè)計思路和操作方法，并對我所做的課題提出了有效的改進(jìn)方案。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。本次畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來最好的檢驗(yàn)。首先非常感謝學(xué)校開設(shè)這個課題，為本人日后從事計算機(jī)方面的工作提供了經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）畢業(yè)設(shè)計（論文）使用授權(quán)聲明本人完全了解濱州學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定。 對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。論文密級：□公開 □保密（___年__月至__年__月）(保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議)作者簽名：_______ 導(dǎo)師簽名：______________年_____月_____日 _______年_____月_____日獨(dú) 創(chuàng) 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(論文)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。恩師敏銳的洞察力、深厚的理論知識、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)作風(fēng)和一絲不茍的工作態(tài)度使我終身受益。致 謝本文是在導(dǎo)師全惠敏副教授的親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)下完成的。但如果是移動聲源或是多個聲源將很難做出定位，這也是現(xiàn)在定位技術(shù)中的難點(diǎn)。最后本論文只是對小空間均勻介質(zhì)條件下的聲源定位，而且聲源固定且聲源只有一個，如果在大的空間有很強(qiáng)的噪聲干擾，定位精度將大大降低。由于這種定位方法基于一種簡單的三維幾何關(guān)系，所以計算的復(fù)雜度和已有方法相比大大降低，在現(xiàn)實(shí)情況中都有良好的適應(yīng)性。其次本文也提出了一種簡單的三維聲源定位方法。通過本論文的分析可知使用小波變換來提取聲發(fā)射信號的到達(dá)時間的精度比傳統(tǒng)的方法有了明顯的提高。因此使用小波變換對聲發(fā)射信號進(jìn)行分析具有更好效果。首先是對聲發(fā)射信號基于小波變換的研究。明確了來自缺陷的聲發(fā)射信號，就可以長期連續(xù)地監(jiān)視缺陷的是否安全，這是其它無損檢測方法難以實(shí)現(xiàn)的。一個同樣大小、同樣性質(zhì)的缺陷，當(dāng)它所處的位置和所受的應(yīng)力狀態(tài)不同時。同時，本章最后也提出了在聲發(fā)射源定位過程中可能產(chǎn)生誤差的種種原因，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法，使聲源定位在實(shí)際中提高定位精度。相比已有的定位方法，該方法是一種簡單的聲源定位方法，通過麥克風(fēng)在空間里的特殊位置和相關(guān)幾何關(guān)系對聲源進(jìn)行定位，因其有簡單的實(shí)現(xiàn)方法和較低的計算復(fù)雜性，所以具有良好的實(shí)時性。另外方向的定位精度較高，在實(shí)際情況中有較好的適應(yīng)性。 本章小結(jié)本章重點(diǎn)介紹了聲源定位的方法，首先提出了基于到達(dá)時間差的聲源定位算法并介紹了一種空間幾何搜索聲源定位法，然后在此基礎(chǔ)上提出了一種簡單的聲源定位方法，該方法分為方向定位和距離定位兩個部分。聲波在傳輸介質(zhì)中的傳輸特性和傳輸模式嚴(yán)重影響著所采集波形的真實(shí)度和聲源定位精度，例如聲波在板材中傳播有多種模式產(chǎn)生，有擴(kuò)展波和柔性波等，而且它們的衰減系數(shù)、波速、頻散性的不同會有可能影響到信號參數(shù)的提取和聲源定位的計算。此外，在能夠有效地抑制噪聲干擾的前提下，可以設(shè)定較低的門檻值。波速引起的時差測量誤差。在算法誤差中，定位計算誤差影響較大。由用戶輸入?yún)?shù)帶來系統(tǒng)計算誤差一般不會導(dǎo)致的相關(guān)組判斷失誤，但在計算源位置時，如果計算取值不當(dāng)則將產(chǎn)生較大誤差。聲發(fā)射參數(shù)提取誤差與數(shù)據(jù)采集卡的采樣率、垂直分辨率以及軟件門限有關(guān)，一般來說，誤差較小。因此，選擇性能好的傳感器、前置放大器和主放大器對系統(tǒng)性能非常重要，從而能提高對聲源定位的精度。 硬件誤差硬件誤差是指構(gòu)成聲發(fā)射儀器的硬件設(shè)備，主要包括傳感器、前置放大器、主放大器、數(shù)據(jù)采集卡、主機(jī)以及信號傳輸導(dǎo)線的影響。當(dāng)軟件門限設(shè)置偏低時，采集到的噪聲信號就會被當(dāng)作一個聲發(fā)射事件參與相關(guān)組判斷和聲源位置計算，這樣就有可能計算出偽聲源，要消除外界環(huán)境噪聲的影響，需要提高硬件門限的設(shè)置，使得外界噪聲不會產(chǎn)生采集觸發(fā)信號。 聲發(fā)射源定位的誤差分析 現(xiàn)場環(huán)境影響測試現(xiàn)場環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在噪聲和非缺陷產(chǎn)生的干擾聲發(fā)射源兩個方面，它們一方面直接導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)量過大，另一方面也增加了定位相關(guān)組判斷的難度。在聲發(fā)射源距離定位方面存在著一定誤差，因?yàn)樵谑剑ǎ┲衐12+d32為聲源到傳感器距離差異，其值很小所以會使距離產(chǎn)生較大的誤差。其在實(shí)際系統(tǒng)中的意義可以理解為實(shí)驗(yàn)2中的噪聲和混響強(qiáng)于實(shí)驗(yàn)1。實(shí)驗(yàn)根據(jù)聲源位置和距離差方差的不同分四種情況測試。選擇a= 20cm，根據(jù)實(shí)際聲源所在位置，隨機(jī)產(chǎn)生與之對應(yīng)的距離差d12, d32, d13, d42。為了便于仿真和檢驗(yàn)幾何定位方法的性能，在實(shí)驗(yàn)中，用實(shí)際聲源到兩麥克間的距離差來代替時延估計，并加上一個正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)。設(shè)聲源到麥克風(fēng)m2所在原點(diǎn)的距離為r，則聲源相對原點(diǎn)的距離r可以由下推出。聲源Z軸X軸Y軸M1M3M2M4aar 距離定位麥克風(fēng)擺放，其它麥克風(fēng)與原點(diǎn)之間的間距為a，其中x軸的正負(fù)方向均有一個麥克風(fēng)m1和m3，m4在y軸上，而在z軸上也可設(shè)置一個麥克風(fēng)用來提高距離定位的精度。可以使用如上所述的麥克風(fēng)系統(tǒng)來記錄真實(shí)的聲音信號并在任何時候都可以得到聲源的方向。還可以在極坐標(biāo)里得到方位角和仰角，比較現(xiàn)有的方法，新的算法是一種簡單并且有較低的計算復(fù)雜性的方法。在本節(jié)里，提出了一種通過在直角坐標(biāo)系里放置四個麥克風(fēng)來確定空間聲源定位的方法。通常人類的敏感方向是水平方向而不是垂直方向。 極坐標(biāo)系 坐標(biāo)系變換P點(diǎn)的直角坐標(biāo)可以轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)。是PA與BA所夾的角，是PA與CA所夾的角，是PA與DA所夾的角，并且讓根據(jù)式（）的近似，可得：所以可以得到聲源P的三個軸的角度在直角坐標(biāo)系中。可以證明點(diǎn)P必定是三個圓相交的點(diǎn)。麥克風(fēng)A被安排在原點(diǎn)，麥克風(fēng)B在X軸，麥克風(fēng)C在Y軸，麥克風(fēng)D在Z軸。 在三維空間中聲源P的定位 使用4個麥克風(fēng)空間定位當(dāng)聲源的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于麥克風(fēng)對之間的間隔時，麥克風(fēng)對之間的微小差異可近似為： ()麥克風(fēng)對之間的距離為L，△T＝L/V并且V是聲速。因?yàn)樗薪裹c(diǎn)到達(dá)兩個接收器（麥克風(fēng)）的時間差別相同即t2－t1，所以A 和B一定能確定一個以AB為軸的圓錐。 聲源方向定位 新的三維空間定位方法為了簡化使用麥克風(fēng)陣列對空間聲源的定位，本文提出了一種簡單的三維空間聲源定位方法。假設(shè)給定Rs，可以求得當(dāng)時，式()的均方差最小，其中，W是一個正定的對稱矩陣。設(shè)系統(tǒng)有N+1個位于（i=0，…，N）的傳感器組成，傳感器0為參考點(diǎn)，坐標(biāo)原點(diǎn)為r0=（0，0，0），聲源位于，各傳感器和聲源到達(dá)原點(diǎn)距離為Ri和Rs。第二步,利用到達(dá)各個麥克風(fēng)的時間差進(jìn)行定位估計，利用麥克風(fēng)陣元相互之間的幾何位置關(guān)系確定聲源位置。該方法定出來的聲源為一確定點(diǎn)，可靠性高，大多數(shù)試驗(yàn)和聲發(fā)射儀器中都是用時差定位來確定聲源位置。3 聲發(fā)射源定位 聲源定位方法簡介確定聲發(fā)射源的位置是聲發(fā)射檢測的主要目的之一，目前，根據(jù)聲源、麥克風(fēng)陣列、背景環(huán)境的不同情況，目前的聲源定位研究主要可分為以下幾類: 二維空間定位與三維空間定位 近場定位與遠(yuǎn)場定位 方向定位與距離定位 理想環(huán)境下的聲源定位與低信噪比、強(qiáng)混響環(huán)境下的聲源定位隨著聲源定位應(yīng)用背景的不斷拓展，定位技術(shù)的理論研究也取得了長足的進(jìn)步。然后根據(jù)這個到達(dá)時間，對聲發(fā)射波的波速進(jìn)行實(shí)際測量，從而得到聲發(fā)射波的傳播速度。那么其速度可以由下式算得: （）聲發(fā)射儀前放前放S1S2聲發(fā)射信號L1L2 測量波速示意圖 本章小結(jié)本章首先介紹了聲發(fā)射信號的特征以及特征參數(shù)，然后又了解了小波變換的定義和特性，選擇適合聲發(fā)射信號特點(diǎn)的小波基和小波尺度，從而對聲發(fā)射信號基于小波變換進(jìn)行了分析。兩個傳感器距離己知，用標(biāo)準(zhǔn)模擬源(斷鉛)進(jìn)行標(biāo)定時，標(biāo)定的位置離兩個傳感器的距離也可以直接量出。而且在我們進(jìn)行聲發(fā)射檢測過程中發(fā)現(xiàn)，聲發(fā)射波的幅度相對較高，其能量分量較大，所以常常在定位過程中，聲發(fā)射波的波速是隨頻率變化的，所以要實(shí)現(xiàn)相對精確的定位，我們必須找出同一頻率波到達(dá)不同傳感器的時間差。在不同介質(zhì)中聲發(fā)射波的傳播速度都會不同，因此在進(jìn)行聲源定位之前對聲發(fā)射波波速的測量可以很好的保證聲源定位的精度。 聲發(fā)射波波速的測量 在聲發(fā)射源定位過程中，聲發(fā)射波波達(dá)時間的提取直接影響聲源定位的精度，在上節(jié)中已經(jīng)詳細(xì)分析過，并且提出了一種基于小波變換的聲發(fā)射波波達(dá)時間的提取方法，通過驗(yàn)證，這種對聲發(fā)射波波達(dá)時間的提取比傳統(tǒng)的提取方法精度要高很多，這樣就提高了聲發(fā)射源定位的精度。采用小波變換定位（），％。通過傳感器的采集聲發(fā)射源發(fā)射的聲發(fā)射信號后，利用小波db4進(jìn)行分解，可得到聲發(fā)射波的波達(dá)時間，然后根據(jù)時間差對聲源定位。有了三個傳感器的到達(dá)時間就能確定時間差，有了時差、波速以及三個傳感器的幾何位置尺寸， 就可以利用時差定位原理計算出聲發(fā)射源的位置。有了各個時間和頻率的幅度值，可以提取任何一頻率下的聲發(fā)射波隨時間的幅度變化值，、。聲發(fā)射儀采集了三個傳感器接收到聲發(fā)射信號，、。用上述方法能有效減小聲發(fā)射源定位的誤差，提高定位精度。彎曲波較慢，先行到達(dá)的波頻率較高，后到達(dá)的波頻率較低 。聲發(fā)射波包含擴(kuò)展波和彎曲波。而采用波形分析技術(shù)，雖然有可能減小誤差。結(jié)合對聲發(fā)射信號機(jī)制的了解與頻譜分析結(jié)果可知聲發(fā)射信號的頻譜主要分布在100–400kHz,經(jīng)過小波分解，可以發(fā)現(xiàn)第3和第4級信號是信號的主頻帶，可以用這兩級信號進(jìn)行信號重構(gòu)，去除其它頻帶的低頻和高頻噪聲。，其中有類似白噪聲的噪聲信號。途徑一要求了解有用聲發(fā)射信號的頻率范圍。這兩種信噪分離途徑，具體本質(zhì)上的一致性。 用小波分析實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射信號信噪分離小波用于聲發(fā)射信號除噪的原理是把帶有噪聲的聲發(fā)射信號進(jìn)行小波分解，由于聲發(fā)射信號與噪聲在小波變換下的行為各不相同，二者可以被分離出來；把那些屬于噪聲的小波系數(shù)置為零，剩余的部分進(jìn)行小波重構(gòu)得到?jīng)]有噪聲的聲發(fā)射信號。尺度越大,頻率劃分得越細(xì),但是計算量也相應(yīng)增加。本文采用Daubeehies(dbN)小波來對聲發(fā)射信號進(jìn)行分析處理。在時域和頻域都是有限緊支，具有N 階消失矩。其消失矩為N，簡稱為dbN；Mexican Hat(mexh)小波：這是著名的墨西哥帽子小波，它沒有正交性，但有對稱性。時域中有緊支性，頻域中沒有，只具有0消失矩，一階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)；Daubechies(dbN)小波：該小波具有正交性。消失矩：具有消失矩的小波基能將信號能量相對集中在少數(shù)幾個小波系數(shù)里，它對檢測信號的奇異性以及信號與噪聲的分離都具有作用。緊支寬度越窄，局部特性越好?；瘮?shù)的選擇要考慮以下幾個性質(zhì)：正交性：具有正交性的小波基的小波變換可以采用Mallat快速算法。正是因?yàn)樾?