[發明專利]基于四元正交麥克風陣列的穩健聲源定位方法

有效

• 申請號: 201710362998.3
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN108008355B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 晏燕;陳華偉;宋宮琨琨
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20;G01S5/22
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張艷

本發明公開了基于四元正交麥克風陣列的穩健聲源定位方法，包括以下步驟：（1）計算四元正交陣引入幅度誤差后各聲強估計方法的絕對誤差；（2）計算四元正交陣引入相位誤差后各聲強估計方法的絕對誤差；（3）確定實際應用中最佳的聲源定位方法；（4）針對不同頻率的信號，確定合理的陣列尺寸范圍；（5）確定合理的陣列擺放位置。本發明用于確定實際應用中最佳的聲源定位方法，通過對比引入失配誤差后，不同陣列尺寸下的目標聲源定位精度，確定合適的陣列尺寸，最后在不同信號頻率下，分析俯仰角變化對方位角定位精度影響，給出實際使用時陣列安裝位置的建議，對于實際的工程應用具有指導意義。

技術領域

本發明涉及基于四元正交麥克風陣列的穩健聲源定位方法，屬于聲源定位的技術領域。

背景技術

在利用正交麥克風陣列進行目標聲源定位時，定位誤差主要來自于兩個方面，陣元失配誤差和有限差分誤差，而目前對于正交陣列聲強估計方法的研究中，只分析了單純由差分誤差引起的方向誤差，沒有考慮到失配誤差的影響。本發明在存在失配誤差的情況下，計算各聲強估計方法對應的方位角絕對誤差和俯仰角絕對誤差，通過分析失配誤差帶來的影響，給出適用于目標聲源定位正交麥克風陣列的穩健設計方法，包括定位方法的合理選擇，陣列尺寸的選擇以及陣列位置的擺放。

發明內容

為了解決上述存在的問題，本發明公開了一種基于四元正交麥克風陣列的穩健聲源定位方法，其具體技術方案如下：

基于四元正交麥克風陣列的穩健聲源定位方法，包括以下步驟：

(1)計算四元正交陣引入幅度誤差后各聲強估計方法的絕對誤差，

方位角絕對誤差：

俯仰角絕對誤差：

其中：是聲源與x軸正方向的夾角即方位角，θ是聲源與z軸正方向的夾角即俯仰角，η_Iox、η_Ioy、η_Ioz分別為x軸、y軸、z軸方向上聲強的相對誤差；

(2)計算四元正交陣引入相位誤差后各聲強估計方法的絕對誤差；

(3)確定實際應用中最佳的聲源定位方法，

進行目標聲源方位角估計時：

振速估計采用

聲壓估計采用p_a＝(p₁+p₂+p₃)/3， (4)

進行目標聲源俯仰角估計時：

振速估計采用

聲壓估計采用p_A＝(p₁+p₂+p₃+p₄)/4，(6)

其中：j表示虛數單位，p₁、p₂、p₃、p₄分別為四個陣元接收到的信號，v_x、v_y、v_z分別為x、y、 z軸方向上的振速，c表示聲速，表示波數，f₀表示信號頻率，ρ表示空氣密度，h表示陣列間距的一半；v_G表示在進行目標聲源定位時，所采取的振速估計方法，p_a表示在計算目標聲源方位角時，所采取的聲壓估計方法，其為p₁、p₂、p₃的聲壓平均值，p_A表示在計算目標聲源俯仰角時，所采取的聲壓估計方法，為p₁、p₂、p₃、p₄的聲壓平均值；