Sidelobe Suppression for a Steerable Parametric Source Using the Sparse Random Array Technique

指向性 栅栏 声学 超声波传感器 稀疏数组 光学 混叠 波长 传感器 波束宽度 参数统计 计算机科学 物理 滤波器(信号处理) 数学 电信 算法 天线(收音机) 计算机视觉 统计
作者
Jiaxin Zhong,Tao Zhuang,Mengtong Li,Ray Kirby,Mahmoud Karimi,Jing Lü,Dong Zhang
出处
期刊:IEEE/ACM transactions on audio, speech, and language processing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:31: 3152-3161 被引量:6
标识
DOI:10.1109/taslp.2023.3304491
摘要

A steerable parametric source is designed to steer an audio beam without mechanically rotating the source. To achieve this without the generation of grating lobes requires an ultrasonic array with interelement spacing that is less than half the wavelength of the carrier ultrasound because of the spatial Nyquist criterion. However, ultrasonic wavelengths are typically smaller than the size of an ultrasonic transducer and this generates grating lobes in the radiation pattern, which is known as the spatial aliasing effect. This work proposes a method to suppress sidelobes including these grating lobes by optimizing the position and weight coefficients of the array elements by using a sparse random array technique. This is achieved by using the peak sidelobe level as the objective function and the simulated annealing algorithm for the optimization. Both simulation and experimental results demonstrate the sidelobe level can be effectively suppressed when the average interelement spacing is two wavelengths. It is also found that Westervelt directivity has a significant effect on the spatial aliasing, because it serves as a spatial filter on the product directivity of the ultrasound. Accordingly, the sidelobe suppression performance deteriorates at low audio frequencies and high ultrasound frequencies where Westervelt directivity tends to be broader. However, this deterioration in performance can be addressed by increasing the number of the array elements.
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