本发明涉及船舶噪声检测定位，具体涉及一种汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统与方法。
背景技术：
1、新一代大型绿色新能源远洋汽车运输船舶作为近年来兴起的大型远洋运输船，采用多种混合动力能源，设备多，系统复杂，对设备的可靠性、安全性要求高，因此也对设备的在线故障监测提出了新要求。目前故障噪声检测定位技术通常使用大型传声器阵列完成，而汽车运输船舶工作时处于运动状态，存在颠簸等现象，这使得体积较大的固定式传声器阵列较难布置；另外汽车运输船舶的舱室通常较小，空间布置也复杂多变，利用形状固定的传声器阵列来测量噪声分布也会受限于空间不够等诸多不便之处，而采用小尺寸的传声器阵列又会损失测量精度。针对汽车运输船舶运作时的运动特点和内里布置复杂的特点，亟需一种测量精度足够高，并可以灵活布置的设备故障噪声检测定位技术。
技术实现思路
1、为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统与方法，利用可灵活布置的麦克风阵列和装载有适配麦克风阵列的程序的后端机，实现针对船舶设备的方便快捷的故障噪声检测和定位。
2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、本发明提供一种汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统，包括：若干麦克风组成的麦克风阵列、信号采集卡、用于成像与定位的后端机；
4、所述麦克风阵列设置在船舶的待测区域，用于采集多通道音频数据；
5、所述麦克风阵列通过信号采集卡与后端机连接；
6、所述后端机采用标准声源对各个麦克风进行拾音标定，获取多通道音频数据、麦克风阵列布置的空间信息和成像设置参数，计算不同阵列布置情况下的导向矢量，对导向矢量进行权重补偿，输出波束成形响应最大角度和扫描平面内各网点的赋值，将扫描平面内各网点的赋值形成的声源成像结果输出。
7、作为优选的技术方案，所述后端机包括音频处理模块、音频读取模块、参数设置模块、声源成像计算模块、成像图像输出模块和定位结果输出模块；
8、所述音频处理模块用于将麦克风阵列采集的多通道音频数据进行预处理并储存为多通道音频数据文件；
9、所述音频读取模块用于读取多通道音频数据文件并转化为数据矩阵形式，得到音频数据矩阵；
10、所述参数设置模块用于获取成像设置参数；
11、所述声源成像计算模块用于根据成像设置参数和音频数据矩阵进行声源成像，具体包括：
12、获取音频读取模块中的音频数据矩阵，计算出音频信号互谱矩阵，矩阵包含了麦克风阵列内不同麦克风接收到的信号的互谱；
13、基于麦克风阵列布置的空间信息和成像设置参数计算出导向矢量、时间延迟量和阵列的波束响应图谱，根据阵列的波束响应图谱对导向矢量进行权重补偿，输出波束成形响应最大角度和扫描平面内各网点的赋值；
14、所述成像图像输出模块用于将扫描平面内各网点的赋值形成的声源成像结果以含有坐标轴的图片形式进行展示；
15、所述定位结果输出模块用于生成声源定位文字结果。
16、作为优选的技术方案，音频处理模块用于将麦克风阵列采集的多通道音频数据进行预处理，具体包括进行数字放大、去除底噪处理，去除录音过程中由设备导致的非环境噪音；
17、和/或，所述音频数据矩阵的矩阵大小为采样数×通道数。
18、作为优选的技术方案，所述参数设置模块用于获取成像设置参数，包括：扫描平面距离、麦克风阵列坐标、阵列聚焦角度、扫描平面内网格密度、成像算法种类、单次迭代计算采样量，总迭代计算采样量和目标频率区间。
19、作为优选的技术方案，基于麦克风阵列布置的空间信息和成像设置参数计算出导向矢量、时间延迟量和阵列的波束响应图谱，具体包括：
20、根据扫描平面距离z、阵列聚焦角度和扫描平面内网格密度，确定扫描平面内各个扫描点的坐标y，与麦克风阵列坐标x求出扫描点与麦克风的欧氏距离，表示为：
21、δ‖y-x‖
22、计算出第m个扫描点与第n个麦克风间的导向矢量，表示为：
23、imn＝δmn·xp(-2πift)/
24、t＝δmn/
25、其中，f为成像的目标频率，exp表示自然指数函数，i表示复数，c为声音传播速度，δmn表示第m个扫描点与第n个麦克风的欧氏距离，t为时间延迟量，根据声音的传播速度和成像网点坐标求得时间延迟量；
26、根据成像的目标频率f和麦克风阵列坐标x，计算出阵列对频率f的波束响应图谱，即阵列对不同角度的波束响应灵敏度。
27、作为优选的技术方案，根据阵列的波束响应图谱对导向矢量进行权重补偿，具体包括：
28、阵列的波束响应图谱即阵列对不同角度的波束响应灵敏度，将不同角度的灵敏度与预设的标准灵敏度范围对比，对低于标准范围角度的导向矢量提高权重，或对高于标准范围角度的导向矢量降低权重。
29、作为优选的技术方案，输出波束成形响应最大角度和扫描平面内各网点的赋值，具体包括：
30、根据成像算法种类、单次迭代计算采样量、总迭代计算采样量，目标频率区间完成声源成像算法的计算，输出波束成形响应最大角度和扫描平面内各网点的赋值，波束响应最大角度即强度最大点相对于麦克风阵列平面和平面中心点的角度，遍历每个成像网点，分别计算该成像网点上麦克风阵列经过正确延时后投射的信号总强度，强度最大点通过简单遍历操作找到。
31、作为优选的技术方案，所述成像算法种类包括：延迟求和算法、反卷积算法，功能函数算法。
32、作为优选的技术方案，所述成像图像输出模块用于将扫描平面内各网点的赋值形成的声源成像结果以含有坐标轴的图片形式进行展示，坐标轴中的横竖坐标分别表示待测区域平面的x轴方向坐标与y轴方向坐标，颜色的深浅表示噪声强度，颜色越深表明噪声越强，越接近噪声源位置；
33、和/或，所述定位结果输出模块用于生成声源定位文字结果，包括所得的声源位置与麦克风阵列的位置信息，取成像平面内赋值最高的网点作为声源中心，计算声源中心与麦克风阵列几何中心点的欧式几何距离和相对于麦克风阵列平面的角度，得到位置信息。
34、本发明还提供一种汽车运输船舶设备故障噪声检测定位方法，设有上述汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统，该方法包括下述步骤：
35、根据预设的麦克风阵列的形状将若干麦克风布置在待测船舶区域；
36、所述麦克风阵列采集多通道音频数据，并通过信号采集卡传输至后端机；
37、所述后端机采用标准声源对各个麦克风进行拾音标定，获取多通道音频数据、麦克风阵列布置的空间信息和成像设置参数，计算不同阵列布置情况下扫描平面网点与各个麦克风的导向矢量，对导向矢量进行权重补偿，改善阵列的空间分辨率，输出波束成形响应最大角度和扫描平面内各网点的赋值，将扫描平面内各网点的赋值形成的声源成像结果输出，同时输出文字信息，包括赋值最高点和麦克风阵列平面中心间连线与麦克风阵列平面的角度。
38、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
39、本发明相较于已有的船舶设备故障噪声检测定位手段，通过后端机可根据参数设置计算声源成像算法所需参数的功能，并改善阵列的空间分辨率，使麦克风阵列的灵活布置成为可能，不再局限于固定的麦克风数量、型号和阵列形状，具有灵活多变的优点，进而受船舶内部复杂空间的限制较小，且通过各环节高度的灵活性，降低了对硬件的需求，亦可通过提高硬件水平从而提高声源成像与定位的精度和计算速度，实现了成本的可控。
1.一种汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统，其特征在于，包括：若干麦克风组成的麦克风阵列、信号采集卡、用于成像与定位的后端机；
2.根据权利要求1所述的汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统，其特征在于，所述后端机包括音频处理模块、音频读取模块、参数设置模块、声源成像计算模块、成像图像输出模块和定位结果输出模块；
3.根据权利要求2所述的汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统，其特征在于，音频处理模块用于将麦克风阵列采集的多通道音频数据进行预处理，具体包括进行数字放大、去除底噪处理，去除录音过程中由设备导致的非环境噪音；
4.根据权利要求2所述的汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统，其特征在于，所述参数设置模块用于获取成像设置参数，包括：扫描平面距离、麦克风阵列坐标、阵列聚焦角度、扫描平面内网格密度、成像算法种类、单次迭代计算采样量，总迭代计算采样量和目标频率区间。
5.根据权利要求2所述的汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统，其特征在于，基于麦克风阵列布置的空间信息和成像设置参数计算出导向矢量、时间延迟量和阵列的波束响应图谱，具体包括：
6.根据权利要求2所述的汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统，其特征在于，根据阵列的波束响应图谱对导向矢量进行权重补偿，具体包括：
7.根据权利要求2所述的汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统，其特征在于，输出波束成形响应最大角度和扫描平面内各网点的赋值，具体包括：
8.根据权利要求4或7所述的汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统，其特征在于，所述成像算法种类包括：延迟求和算法、反卷积算法，功能函数算法。
9.根据权利要求2所述的汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统，其特征在于，所述成像图像输出模块用于将扫描平面内各网点的赋值形成的声源成像结果以含有坐标轴的图片形式进行展示，坐标轴中的横竖坐标分别表示待测区域平面的x轴方向坐标与y轴方向坐标，颜色的深浅表示噪声强度，颜色越深表明噪声越强，越接近噪声源位置；
10.一种汽车运输船舶设备故障噪声检测定位方法，其特征在于，设有上述权利要求1-9任一项所述的汽车运输船舶设备故障噪声检测定位系统，该方法包括下述步骤：
