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Rotating Acoustic Source Localization: a Power Propagation Forward Model and Its High-resolution Inverse Methods
Measurement ( IF 3.364 ) Pub Date : 2021-01-13 , DOI: 10.1016/j.measurement.2021.109006
Ning Chu; Qian Huang; Liang Yu; Yue Ning; Dazhuan Wu

The rotating-acoustic source localization has played an important role in rotary machine fault diagnosis, engine noise reduction and propeller recognition etc. To achieve high-resolution localization of fast rotating sources, this paper proposes an improved power propagation forward model of rotating acoustic source based on the equivalent source hypothesis. Then the ill-posed inverse problem derived from the forward power model is solved robustly by proposed two sparsity-based methods: the Least Absolute Shrinkage and Select Operator for Rotating-acoustic Sources (LASSO-RS) and Least Angle Regression for Rotating-acoustic Sources (LAR-RS). The contributions of this paper are that, at one hand, the improved forward model is indeed time-invariant for the fast-rotating source owing to the time-domain de-Doppler technique; at the other hand, high-resolution acoustic maps can be obtained by proposed LASSO-RS and LAR-RS thanks to the sparsity-based regularization, even under very low signal-to-noise ratio (SNR). Moreover, the proposed LAR-RS is the data-driven method, rather than the parameter-dependent method such as the LASSO-RS with careful selection of regularization parameter. In simulations and experiments, the proposed methods can robustly localize rotating monopoles in the condition of 3000 RPM rotation speed (50Hz), -5 dB SNR, and 2500 Hz working frequency.



中文翻译:

旋转声源定位:功率传播正向模型及其高分辨率反演方法

旋转声源定位在旋转机械故障诊断,发动机降噪和螺旋桨识别等方面起着重要作用。为了实现快速旋转源的高分辨率定位,本文提出了一种改进的旋转声源功率向前传播模型。等效来源假设。然后,通过提出的两种基于稀疏性的方法稳健地解决了从前向功率模型得出的不适定逆问题:旋转声源的最小绝对收缩和选择算子(旋转声源的最小角度回归)和最小角度回归(LAR-RS)。本文的贡献在于,一方面,由于时域去多普勒技术,改进的正向模型对于快速旋转源的确是时不变的。另一方面,由于基于稀疏性的正则化,即使在非常低的信噪比(SNR)下,也可以通过建议的LASSO-RS和LAR-RS获得高分辨率的声学图。此外,提出的LAR-RS是数据驱动的方法,而不是像LASSO-RS这样的依赖参数的方法,需要仔细选择正则化参数。在仿真和实验中,提出的方法可以在转速为3000 RPM(50Hz),-5 dB SNR和2500 Hz工作频率的情况下稳健地定位旋转单极子。而不是像LASSO-RS这样的依赖参数的方法,需要仔细选择正则化参数。在仿真和实验中,提出的方法可以在转速为3000 RPM(50Hz),-5 dB SNR和2500 Hz工作频率的情况下稳健地定位旋转单极子。而不是像LASSO-RS这样的依赖参数的方法,需要仔细选择正则化参数。在仿真和实验中,提出的方法可以在转速为3000 RPM(50Hz),-5 dB SNR和2500 Hz工作频率的情况下稳健地定位旋转单极子。

更新日期:2021-01-13
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