[發(fā)明專利]平面陣列識別聲源三維坐標(biāo)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210351749.1
• 申請日: 2012-09-20
• 公開（公告）號: CN102901950A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧奐采;李春曉;金江明;丁浩;梅東挺
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

1.一種采用平面陣列識別聲源三維坐標(biāo)的方法，其特征在于：按如下步驟進(jìn)行：

（1）設(shè)定初始聲場重構(gòu)面距平面陣列的距離z=z₀，截至距離z_N以及z方向的搜索步長其中N為整數(shù)；

（2）將x和y坐標(biāo)確定的聲場重構(gòu)面在感興趣的矩形區(qū)間內(nèi)進(jìn)行聲場網(wǎng)格化，假設(shè)共產(chǎn)生了P×Q個(gè)節(jié)點(diǎn)；

（3）將網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)即重構(gòu)點(diǎn)作為假定聲源的空間位置(x,y,z)，確定聲波傳播到不同傳聲器時(shí)產(chǎn)生的時(shí)延。

重構(gòu)點(diǎn)距參考傳聲器的距離為|r|，其表達(dá)式為：

|r|=(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2]]>

第m個(gè)傳感器的坐標(biāo)為(x_m,y_m,z_m)，重構(gòu)點(diǎn)距第m個(gè)傳聲器的距離為|r_m|，其表達(dá)式為：

|rm|=(x-xm)2+(y-ym)2+(z-zm)2]]>

第m個(gè)傳聲器相對于參考傳聲器的時(shí)延表示為τ(r_m)，其表達(dá)式如下：

τ(rm)=(x-xm)2+(y-ym)2+(z-zm)2-(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2c---(2)]]>

其中c為介質(zhì)中的聲速；

（4）波束形成的權(quán)向量為

c(x,y,z)=1...e-jωτ(rm)...e-jωτ(rm)T---(3)]]>

其中ω為聲源的角頻率，將整個(gè)搜索平面內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的波束形成的權(quán)向量組成3維矩陣：

C=c(x1,y1,z)...c(x1,yq,z)...c(x1,yQ,z)...............c(xp,y1,z)...c(xp,yq,z)...c(xp,yQ,z)...............c(xP,y1,z)...c(xP,yq,z)...c(xP,yQ,z)---(4)]]>

其中c(x_p,y_q,z)為節(jié)點(diǎn)空間坐標(biāo)為(x_p,y_q,z)所對應(yīng)的波束形成的權(quán)向量。

（5）將平面陣列上的傳聲器接收到的信號，按各個(gè)通道進(jìn)行快速傅立葉變換，選取感興趣的頻點(diǎn)，以公式（4）確定的波束形成的權(quán)向量進(jìn)行加權(quán)求和輸出，獲得聲場重構(gòu)面的波束形成輸出，表示為一個(gè)P×Q維的矩陣B_z

（6）設(shè)定下一個(gè)搜索面距平面陣列的距離z=z+Δz，回到步驟（3），獲得相應(yīng)的聲場重構(gòu)面上波束形成的輸出B_z+Δz；

直到z=z_N，循環(huán)結(jié)束，共獲得了N個(gè)搜索面上的P×Q維的波束形成輸出響應(yīng)矩陣；

（7）找出N個(gè)二維波束形成輸出響應(yīng)矩陣的最大值，并記錄相應(yīng)的三維坐標(biāo)；

（8）再從N個(gè)最大值中找出整個(gè)三維空間波束形成輸出的最大值，對應(yīng)的坐標(biāo)(x_s,y_s,z_s)即聲源三維坐標(biāo)。