引用本文：
梁家碧，邵剑，李群，等. 一种用于声源定位的改进的广义互相关时延估计算法[J]. 光通信技术，2024，48（6）：28-33.
梁家碧1，邵 剑1，李 群1，吴 鹏1*，林元棣1，王同磊1，李晓涵1，刘进栋2
（1.国网江苏省电力有限公司 电力科学研究院，南京 211103；2.上海大学 特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444）
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要：针对广义互相关（GCC）算法在强噪声环境下定位精度较低的问题，提出了一种改进的GCC时延估计算法。该算法将最小均方（LMS）算法与二次互相关法结合起来，以此改进传统的GCC算法，从而有效地抑制了噪声的影响，并且通过使用样条插值技术，在二次峰值检测过程中显著提高了时延估计的准确性。仿真结果表明，该算法使得声源坐标位置的误差控制由传统GCC算法的17.7%降低至8.36%以内；而在实际应用测试中，声源坐标位置的误差也由传统GCC算法的42.2%大幅降低至15.4%。
关键词：光纤麦克风；改进时延估计；超声；声源定位；局部放电
中图分类号：TN256 文献标志码：A 文章编号：1002-5561（2024）06-0028-06
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2024.06.006
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研究背景与意义：
研究背景：局部放电引发的电力设备运行故障是系统停电的主要原因之一，超声检测技术成为保障电力设备安全运行的重要手段。
研究意义：光纤法布里-珀罗（F-P）麦克风因其抗电磁干扰能力强、灵敏度高，在电力系统环境中表现出色，适合用于声源定位。
传统声源定位方法及其局限性：
传统方法：波束形成法、高分辨率谱估计法、基于到达时间差（TDOA）的方法。
局限性：波束形成法硬件成本高、计算复杂；高分辨率谱估计法适合窄带信号；TDOA方法易受环境噪声和回声影响。
改进时延估计算法：
算法原理：结合最小均方（LMS）算法、二次互相关法和三次样条插值技术，改进广义互相关（GCC）时延估计算法。
优势：有效抑制噪声，提高时延估计准确性。
仿真与实验结果：
仿真环境：三维空间，z坐标大于0，采样率96 kHz，声源发出正弦信号并添加高斯白噪声。
仿真结果：改进算法使声源坐标位置误差控制在8.36%以内，显著低于传统GCC算法的17.7%。
实验结果：在实际测试中，声源坐标位置的平均误差从42.2%降至15.4%。
系统实现与应用：
系统实现：采用光纤F-P麦克风搭建四元十字阵列，实现局放信号的声源定位。
应用场景：适用于电力设备局部放电监测，提高定位精度和实时性。