【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及次声监测，具体为一种树状滤波管阵布局方法。
技术介绍
1、次声波的接收需要传感器具有较高的灵敏度，但高灵敏度同时也意味着传感器容易受到外界噪声的干扰。现有的降低风噪影响的办法是在传感器前端加装降噪管道阵列（简称“管阵”），其基本结构为一系列相互连通空心的管道以特定的方式排布在一起，管道一方面作为传感器的前端收集次声波，另一方面也可利用阵列的排布降低风噪的影响。由于风噪在一定距离上相关性小，不同管道入口处产生的风噪在阵列中会相互抵消，从而如滤波器一样实现了抑制噪声的效果。现有使用最广泛、降噪效果最理想的滤波管阵布局为玫瑰状管阵，以其中的玫瑰花瓣型布局为例，其基本结构为从传感器前端的中心合成腔向四个方向伸出四根主降噪管，四根主管形成一个“十”字型的布局，每根主管尽头连着一个次级合成腔，每个次级合成腔上再连接着若干根通向外部的支管，支管向四面散开，形如玫瑰花瓣，玫瑰状管阵布局由此得名。
2、但是现有的玫瑰状管阵中同一个次级合成腔衍生出的管道传播至合成腔的距离均相同，所有次级合成腔传播至上一级合成腔的距离均相同，所有管道口传播至中心合成腔的距离也均相同，故在传播过程中各个来源噪声的相对相位并无变化，最终的降噪效果完全取决于声源处相位的复杂程度。
技术实现思路
1、解决的技术问题：
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种树状滤波管阵布局方法，具备增加了传播至中心合成腔处噪声相位的随机性，尽可能地实现了所有噪声的相位在0至2π之间的均匀分布，而噪声相
3、技术方案：
4、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种树状滤波管阵布局方法，包括以下步骤：
5、步骤一、确定中心合成腔：将次声传感器的前端中心合成腔视为树的根部；
6、步骤二、设计主干管道：连接中心合成腔的第一根管道作为树的主干；
7、步骤三、支管设计：从中心合成腔向外延伸设置多个次级合成腔，每个次级合成腔连接若干支管道，进一步处理从各管道传来的声波信号，从主干管道向外延伸，衍生出支管，模拟树木的分枝过程；
8、步骤四、遵循斐波那契数列：在管道分布上，按照到中心合成腔的距离确定管道数量，遵循斐波那契数列，从中心合成腔向外扩展的管道数量依次为1,2,3,5,8...；
9、步骤五、构建树状管阵结构：形成一个类似树状的管阵结构，确保管道数量和分布符合斐波那契数列的规律；
10、步骤六、灵活布局：根据实际需要，在传感器箱体外部设置多根主干管道，形成更复杂的阵列，选择均匀布置或集中布置主干管道，以适应不同的使用场景。
11、优选的，所述步骤六中任意一个管道口传入的某频率声波为：
12、，
13、其中：为第个管道口声压值，为的幅值，为角频率，表达式为，为频率，为第个管道口该频率声波的相位。
14、优选的，所述步合成腔处该频率声波的总声压计算为：
15、假设对于该频率的声波在整个传播过程中的相位变化为，则在中心合成腔处该频率声波的声压为：
16、，
17、其中：为中心合成腔处该频率声波的总声压，为管道的数量。
18、优选的，所述同一个次级合成腔衍生出的管道传播至合成腔的距离均不相同，所有次级合成腔传播至上一级合成腔的距离均不相同，所有管道口传播至中心合成腔的距离也均不相同。不同的传播距离会导致相对相位的变化，即上式中的不再是一个常数，此时中心合成腔处该频率声波的声压表示为：
19、，
20、其中为第个管道口传播至中心合成腔处产生的相位变化，其数值为在0至2π之间的一个随机值。
21、优选的，所述的基础之上引入了另一个随机数，用于在原本相关性就较低的各个噪声源的基础上进一步增加了传播至中心合成腔处噪声相位的随机性。
22、优选的，所述主干管道的长度计算为：
23、，
24、其中：为分支间距：每次分支的长度；为管道的层数或分支的数量。
25、优选的，所述步骤三中次级合成腔数量计算为：
26、
27、其中：为次级合成腔的总数量；为每个主干管道衍生出的次级合成腔数量；为主干管道的数量。
28、优选的，所述声波信号处理计算为：
29、，
30、其中：为第个支管道通过的声波信号；为第个支管道信号的幅值；为第个支管道的相位。
31、优选的，所述步骤四中管道数量计算为：
32、，
33、其中：表示第层的管道数量；斐波那契数列的第项。
34、优选的，所述总管道数量计算为：
35、，
36、其中：为前n层的总管道数量。
37、与现有技术相比，本专利技术提供了一种树状滤波管阵布局方法，具备以下有益效果：
38、1、本专利技术通过在每个管道口的声波信号中加入一个随机相位变化，这个变化是独立于基础相位的，确保每个信号的相位都有所不同，使用特定的随机数生成算法，这些算法能够保证生成的数值在该范围内是均匀分布的，当所有管道的声波信号到达中心合成腔时，由于每个信号相位的随机性，声波在合成腔中会相互叠加，不同相位的声波会发生干涉，从而使一些频率的声波信号减弱或抵消，通过引入这些不同的随机相位，声波的干涉效应能够有效降低特定频率的噪声，达到了增加了传播至中心合成腔处噪声相位的随机性，尽可能地实现了所有噪声的相位在0至2π之间的均匀分布，而噪声相位分布越接近均匀，其降噪效果便越好的有益效果。
39、2、本专利技术通过使用树状结构布局允许声波沿着不同的路径传播到中心合成腔。，减少信号之间的相干性，使得每条路径的传播距离、相位和干扰特性各不相同，从而进一步提升降噪效果，这种结构的多样性和复杂性进一步加强了不同路径信号的独立性，达到了降噪效果高于现有的设计的有益效果。
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1.一种树状滤波管阵布局方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种树状滤波管阵布局方法，其特征在于：所述步骤六中任意一个管道口传入的某频率声波为：
3.根据权利要求2所述的一种树状滤波管阵布局方法，其特征在于：所述步合成腔处该频率声波的总声压计算为：
4.根据权利要求3所述的一种树状滤波管阵布局方法，其特征在于：所述同一个次级合成腔衍生出的管道传播至合成腔的距离均不相同，所有次级合成腔传播至上一级合成腔的距离均不相同，所有管道口传播至中心合成腔的距离也均不相同。不同的传播距离会导致相对相位的变化，即上式中的不再是一个常数，此时中心合成腔处该频率声波的声压表示为：
5.根据权利要求1所述的一种树状滤波管阵布局方法，其特征在于：所述的基础之上引入了另一个随机数，用于在原本相关性就较低的各个噪声源的基础上进一步增加了传播至中心合成腔处噪声相位的随机性。
6.根据权利要求1所述的一种树状滤波管阵布局方法，其特征在于：所述主干管道的长度计算为：
7.根据权利要求1所述的一种树状滤波管阵布局方法，其特
8.根据权利要求7所述的一种树状滤波管阵布局方法，其特征在于：所述声波信号处理计算为：
9.根据权利要求8所述的一种树状滤波管阵布局方法，其特征在于：所述步骤四中管道数量计算为：
10.根据权利要求9所述的一种树状滤波管阵布局方法，其特征在于：所述总管道数量计算为：
...【技术特征摘要】
1.一种树状滤波管阵布局方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种树状滤波管阵布局方法，其特征在于：所述步骤六中任意一个管道口传入的某频率声波为：
3.根据权利要求2所述的一种树状滤波管阵布局方法，其特征在于：所述步合成腔处该频率声波的总声压计算为：
4.根据权利要求3所述的一种树状滤波管阵布局方法，其特征在于：所述同一个次级合成腔衍生出的管道传播至合成腔的距离均不相同，所有次级合成腔传播至上一级合成腔的距离均不相同，所有管道口传播至中心合成腔的距离也均不相同。不同的传播距离会导致相对相位的变化，即上式中的不再是一个常数，此时中心合成腔处该频率声波的声压表示为：
5.根据权利要求1所述的一种树状...
【专利技术属性】
技术研发人员：李光华，伍峰，叶茂根，何建锋，黄雨雷，
申请(专利权)人：国能大渡河大岗山发电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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