中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司张红升获国家专利权
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龙图腾网获悉中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司申请的专利基于近场湍流信号MUSIC谱估计算法的管道湍流信号源定位方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120141284B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-05发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510591770.6,技术领域涉及:G01B7/00;该发明授权基于近场湍流信号MUSIC谱估计算法的管道湍流信号源定位方法是由张红升;徐庆;秦海洋;庞景墩;张潇临;马忠贤;符毅设计研发完成,并于2025-05-09向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于近场湍流信号MUSIC谱估计算法的管道湍流信号源定位方法在说明书摘要公布了:本发明涉及湍流信号分析的技术领域,提供一种基于近场湍流信号MUSIC谱估计算法的管道湍流信号源定位方法,包括:构建一个以管道内的湍流信号源为点源的信号模型,得到信号矩阵;计算信号矩阵的协方差矩阵;构建基于近场信号模型的阵列流形矩阵;基于协方差矩阵和阵列流形矩阵,采用MUSIC谱估计算法对信号源进行空间谱估计,得到二维的空间谱图并进行极大值点搜索;基于空间谱图中的极大值点对信号源进行定位;通过引入动态定位方法实时更新和优化信号源的定位。不仅考虑信号源的入射角,还引入了信号源到阵列参考点的距离,能更为精准地确定信号源在空间中的具体坐标,减少定位偏差,更加准确地描述近场湍流信号的传播特性。
本发明授权基于近场湍流信号MUSIC谱估计算法的管道湍流信号源定位方法在权利要求书中公布了:1.一种基于近场湍流信号MUSIC谱估计算法的管道湍流信号源定位方法,其特征在于,包括: S1,构建一个以管道内的湍流信号源为点源的信号模型,由压电薄膜传感器接收信号,得到信号矩阵X; 信号模型的构建过程为:假设管道内的湍流信号源为点源,所述管道的外管壁上设有压电薄膜传感器,所述压电薄膜传感器包括M个柔性薄膜条带,柔性薄膜条带之间的间距为d,当信号源发出的信号到达压电薄膜传感器时,柔性薄膜条带之间的接收到的信号相位差随着湍流源的位置变化而变化,柔性薄膜条带接收到信号源生成的信号矩阵表示为: X=A′·S+N; 其中,X表示柔性薄膜条带接收到的信号矩阵,X=[x1t,x2t,…xMt]T;A′是阵列流形矩阵,描述了信号源的传播特性;A′=[a′θ1,a′θ2,.....a′θM]T, S是信号源的入射信号矩阵,S=[S1t,S2t,.....SMt]T; N是阵列噪声矩阵,N=[n1t,n2t,.....nMt]T; θ表示信号源到柔性薄膜条带的方向角,其下标分别对应的柔性薄膜条带; t表示采样时间; T表示矩阵转置; S2,计算信号矩阵X的协方差矩阵R; S3,构建基于近场信号模型的阵列流形矩阵; 近场模型中,相位差除了与信号源到柔性薄膜条带的方向角θ有关,还与信源至各个阵元的距离有关,相位差表示为: 其中,ri为信号源到第i个柔性薄膜条带的距离,r0为信号源到参考柔性薄膜条带的距离,将压电薄膜传感器其中任一个柔性薄膜条带作为参考点,即参考柔性薄膜条带,则信号源到第i个柔性薄膜条带的距离ri为: 带入相位公式可得: 使用Fresnel近似,保留一阶和二阶项,可得相位差近似值为: 其中, 因此,基于近场信号模型的阵列流形矩阵Aθi,ri为: 其中,j代表虚数单位;λ表示信号源的波长;表示相位差;A和B无意义,为了简化公式的参数;i表示柔性薄膜条带的索引; S4,基于协方差矩阵R和阵列流形矩阵,采用MUSIC谱估计算法对信号源进行空间谱估计,得到二维的空间谱图并进行极大值点搜索; S5,基于空间谱图中的极大值点对信号源进行定位; S6,通过引入动态定位方法实时更新和优化信号源的定位。
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