中國報(bào)告大廳網(wǎng)訊，2025年，麥克風(fēng)行業(yè)在聲學(xué)探測領(lǐng)域迎來技術(shù)革新與市場擴(kuò)容。據(jù)行業(yè)預(yù)測，麥克風(fēng)陣列市場規(guī)模將突破15億美元，同比增長18%。其中，無人機(jī)聲學(xué)探測系統(tǒng)對麥克風(fēng)陣列的需求激增，成為推動(dòng)行業(yè)增長的核心動(dòng)力。隨著無人機(jī)“黑飛”“濫飛”問題日益突出，對高效聲學(xué)探測技術(shù)的需求愈發(fā)迫切，麥克風(fēng)陣列優(yōu)化技術(shù)成為解決這一問題的關(guān)鍵。

  一、麥克風(fēng)陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性

  《2025-2030年中國麥克風(fēng)行業(yè)市場供需及重點(diǎn)企業(yè)投資評估研究分析報(bào)告》指出，在聲學(xué)探測領(lǐng)域，麥克風(fēng)陣列的性能直接影響探測效果。傳統(tǒng)平面麥克風(fēng)陣列存在空間分辨力低、抗干擾能力差等問題，難以滿足復(fù)雜環(huán)境下的探測需求。優(yōu)化設(shè)計(jì)的麥克風(fēng)陣列能夠顯著提升探測性能，減少“野點(diǎn)”數(shù)量，降低探測誤差，從而提高探測的準(zhǔn)確性和可靠性。

  二、麥克風(fēng)陣列優(yōu)化模型構(gòu)建

  為解決現(xiàn)有問題，構(gòu)建了適用于無人機(jī)測向的隨機(jī)立體麥克風(fēng)陣列多約束優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。以四環(huán)立體陣列為基礎(chǔ)，最小化峰值旁瓣電平為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)定陣列結(jié)構(gòu)約束條件，同時(shí)限定波束主瓣寬度，構(gòu)建多參數(shù)約束的隨機(jī)立體陣列優(yōu)化模型。優(yōu)化模型通過設(shè)置陣元排布方式及其結(jié)構(gòu)約束，限定主瓣寬度大小，以峰值旁瓣電平最小化為優(yōu)化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多約束條件下的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

  三、精英-錦標(biāo)賽篩選策略

  針對優(yōu)化模型求解問題，提出精英-錦標(biāo)賽篩選策略。該策略結(jié)合精英策略與錦標(biāo)賽策略，有效避免優(yōu)化過程中局部早熟，提升收斂速度。精英策略通過保留高適應(yīng)度個(gè)體至下一代，確保優(yōu)質(zhì)解的連續(xù)性;錦標(biāo)賽策略通過分組排序的方式選擇高適應(yīng)度個(gè)體作為候選個(gè)體保留至候選種群。將兩者相結(jié)合，得到“精英-錦標(biāo)賽”篩選策略，兼顧兩種策略的優(yōu)勢，提升全局搜索能力。

  四、交叉與變異操作

  在候選種群中隨機(jī)選取若干對個(gè)體作為父代，實(shí)施交叉操作，根據(jù)交叉概率交換父代基因，從而形成新的子代個(gè)體。變異操作面向候選種群中所有個(gè)體，根據(jù)變異概率將個(gè)體的相應(yīng)基因替換為隨機(jī)基因。交叉和變異操作僅在同層級進(jìn)行，以保持陣列結(jié)構(gòu)的合理性。通過合理設(shè)置交叉概率和變異概率，可改善算法搜索能力和種群多樣性，同時(shí)避免破壞高適應(yīng)度個(gè)體。

  五、仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

  麥克風(fēng)行業(yè)現(xiàn)狀分析指出，采用仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。仿真生成1.3kHz~1.7kHz頻帶的無人機(jī)寬帶音頻信號，并添加隨機(jī)噪聲以模擬實(shí)際環(huán)境干擾。將寬帶信號分為40段窄帶信號，計(jì)算每段窄帶信號中心頻率，并對各窄帶信號進(jìn)行波束形成，合成寬帶波束輸出。實(shí)驗(yàn)搭建無人機(jī)聲學(xué)探測平臺，采用32個(gè)MEMS麥克風(fēng)組成的陣列，采集音頻信號并上傳至處理設(shè)備，通過寬帶波束形成算法解算無人機(jī)方向信息。

  六、優(yōu)化設(shè)計(jì)效果評估

  優(yōu)化后的麥克風(fēng)陣列在探測方向圖中“野點(diǎn)”數(shù)量顯著減少，表現(xiàn)出較好的抗噪聲性能和空間分辨力。與傳統(tǒng)四環(huán)立體陣列相比，優(yōu)化陣列對低空無人機(jī)的探測失效率降低了4.33%，方位角誤差與俯仰角誤差分別降低了1.54°與0.73°，最遠(yuǎn)探測距離提升了12米。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化陣列在不同探測距離和頻率下均表現(xiàn)出更優(yōu)的探測性能，驗(yàn)證了其在復(fù)雜環(huán)境下的有效性和可靠性。

  總結(jié)：2025年麥克風(fēng)行業(yè)在聲學(xué)探測領(lǐng)域迎來技術(shù)革新與市場擴(kuò)容。優(yōu)化設(shè)計(jì)的麥克風(fēng)陣列通過構(gòu)建多約束優(yōu)化模型和精英-錦標(biāo)賽篩選策略，顯著提升了探測性能。優(yōu)化后的陣列在抗噪聲、空間分辨力和探測距離等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)陣列，為無人機(jī)聲學(xué)探測提供了更高效的技術(shù)解決方案。未來，隨著無人機(jī)應(yīng)用的進(jìn)一步拓展，麥克風(fēng)陣列優(yōu)化技術(shù)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動(dòng)行業(yè)持續(xù)增長。

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