[發明專利]一種基于聲定位的平面五元十字陣陣形估計和特定陣形布設方法

在審

• 申請號: 201510514149.6
• 申請日: 2015-08-20
• 公開（公告）號: CN105044724A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發明（設計）人: 張文;曾新吾;龔昌超;趙云;田章福;王一博;陳佳寧
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01S15/06
• 分類號: G01S15/06
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 胡偉華;張小雪

1.一種基于聲定位的平面五元十字陣陣形估計方法，所述平面五元十字陣由五個傳聲器和五個三腳架組成，傳聲器為聲壓傳聲器，頻率范圍為10～50kHz，三腳架可在0.8～2.5m范圍內調節高度，且三腳架的頂部帶有夾子，夾子能調節方向和俯仰角，用來夾緊傳聲器并固定傳聲器的位置；五個傳聲器設置在一個平面上但位置分布不規則且未知，通過采用以下步驟對平面五元十字陣陣形進行估計：

第一步，把坐標原點選取在五元十字陣的中間傳聲器所在的位置，那么其它四個傳聲器的位置未知，有8個未知數(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)，(x₄,y₄)；

第二步，對于每一個放置于與平面五元十字陣同一平面任意位置的聲源，五元十字陣能解算出4個獨立的時延數據；首先，在第一個聲源位置放置一個聲源S₁，其坐標(x₅,y₅)未知，但可獲得4個時延數據τ(1,i),i＝1,2,3,4，即每放置一個聲源，將獲得2個未知量和4個已知量；

第三步，然后在第二個聲源位置放置一個聲源S₂，同樣可獲得4個時延數據τ(2,i),i＝1,2,3,4，以及2個關于聲源位置的未知量(x₆,y₆)；

第四步，繼續這么做，在第N個聲源位置S_N放置一個聲源，同樣可獲得4個時延數據τ(N,i),i＝1,2,3,4，以及2個關于聲源位置的未知量(x_N+4,y_N+4)；需結算出位置參數以實現對傳聲器陣形的估計，要求已知量個數大于或等于未知數個數，即要求4N≥2(4+N)，即N≥4，至少要在4個點上放置聲源并記錄數據；

第五步，根據聲程差與時延的幾何關系，可列出4N元方程組：

xj+42+yj+42-(xj+4-xi)2+(yj+4-yi)2=c·τ(j,i)]]>

其中i＝1,2,3,4；j＝1,2…N；c為聲速；根據方程組解出聲源坐標與聲基陣坐標的最優解；

其中聲基陣坐標即位估計出的平面五元十字陣的陣形。

2.一種基于聲定位的平面五元十字陣特定陣形布設方法，其特征在于：所述平面五元十字陣由5個傳聲器和5個三腳架組成，傳聲器為聲壓傳聲器，頻率范圍為10～50kHz，三腳架可在0.8～2.5m范圍內調節高度，且三腳架的頂部帶有夾子，夾子能調節方向和俯仰角，用來夾緊傳聲器且固定傳聲器的位置，所述傳聲器分別固定在三腳架上，5個傳聲器分布在同一平面上，且其中4個傳聲器的連線呈正方形形狀，另一傳聲器位于4個傳聲器圍成的正方形的中心位置，位于四周的4個傳聲器相對于中心的傳聲器距離一定且都等于L，4個傳聲器組成兩條連線且連線相互垂直；采用以下步驟對該平面五元十字陣進行布設：

第一步，手工縫制一個用軟繩結成接近標準的正方形十字陣，共5個結點，周圍4個結點距離中間結點的長度為L，相鄰兩兩間距為軟繩十字陣在拉平拉直狀態下呈現出平面正方形形狀，5個結點呈現出近似標準的平面五元十字陣形狀；

第二步，將5個傳聲器分別夾在5個三腳架上，將5個三腳架分別放置于5個結點位置處，調節夾子角度使傳聲器的傳感頭至于5個結點的正上方，再調節5個三腳架的高度，使5個傳聲器置于同一個平面上，至此，大致完成了標準平面五元十字陣陣形布設；

第三步，用權利要求1所述的基于聲定位的平面五元十字陣陣形估計方法估計出傳聲器陣列坐標，將之與標準坐標對比，在此對比結果上微調三腳架，再重復進行陣形估計，直至陣形精確估計的結果與標準結果的誤差在設定的誤差范圍內。