[發(fā)明專利]一種水下聲源定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711454053.0
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN109975762B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐及;黃兆瓊;顏永紅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所;北京中科信利技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20;G06N3/08
• 代理公司: 北京方安思達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

1.一種水下聲源定位方法，包括：

步驟1)將通過水聽器陣列接收的聲源信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字聲音信號；

步驟2)對所述數(shù)字聲音信號進行做傅里葉變換；

步驟3)在信號帶寬內(nèi)每個頻率上計算數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣，然后通過特征值分解提取能表征信號方位信息的特征向量；

步驟4)在訓(xùn)練階段，利用時延神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練樣本，得到特征向量和聲源位置之間的映射關(guān)系模型；

步驟5)在測試階段，將測試樣本通過步驟3)提取特征向量，輸入到步驟4)得到的模型，得到聲源的距離和深度估計值；

所述步驟3)進一步包括：

步驟3-1)、計算第f個頻點上的數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣：

其中上標(biāo)+表示求取共軛轉(zhuǎn)置的操作，D代表快拍數(shù)，P_d(f)表示第f頻點上的觀察向量[P_1,f,P_2,f,…,P_K,f]，其中P_k,f表示第k個水聽器接收的信號；

步驟3-2)、對協(xié)方差矩陣進行特征值分解：

其中Λ_f＝[e_f,1,…,e_f,K]為特征向量，K為水聽器的個數(shù)，上標(biāo)(.)⁺代表共軛轉(zhuǎn)置操作，∑_f＝diag[λ₁,…,λ_K]為特征值矩陣；選取特征值較大的M個特征向量，作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入特征向量；

所述步驟4)進一步包括：

步驟4-1)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入特征為特征向量的實部與虛部的級聯(lián)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入特征：

其中代表取實部操作，ξ(,)代表取虛部操作，F(xiàn)為一共用到的頻率數(shù)；

步驟4-2)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的準(zhǔn)則為最小均方誤差準(zhǔn)則：

其中r_l和z_l代表聲源距離和深度的估計值，r′_l和z′_l為聲源距離和深度的參考值，L為樣本個數(shù)；通過隨機梯度下降反向傳播算法最小化代價函數(shù)E，得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值矩陣。