[發明專利]一種面向低頻高斯噪聲源的聲源定位仿真方法

有效

• 申請號: 201910159165.6
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN109884592B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 初寧;黃乾;寧岳;汪琳琳;吳大轉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

1.一種面向低頻高斯噪聲源的聲源定位仿真方法，包括：

(1)將聲源所在平面作為聲源掃描平面，將聲源掃描平面劃分成若干個網格；

(2)設置麥克風陣列采集聲信號，輸出麥克風陣列信號作為陣列輸出信號，對陣列輸出信號進行頻譜分析以及時頻譜分析，得到聲信號的特征頻率；所述的麥克風陣列所在平面和聲源掃描平面同軸設置；所述的麥克風陣列中相鄰麥克風陣元之間的距離不大于聲信號的半波長；所述的頻譜分析采用快速傅里葉變換，時頻譜分析采用短時傅里葉變換；

(3)對陣列輸出信號表達式的等號兩邊的式子分別求協方差矩陣得到等號左側協方差矩陣和等號右側協方差矩陣，所述的陣列輸出信號表達式為：

X＝AS+N (3)

其中，X＝[x₁(t)，x₂(t)，...，x_N(t)]^T，為陣列輸出信號矩陣，N為麥克風個數，第i個麥克風的輸出信號表示為：M為聲源個數，S_k(t)表示聲源信號，n_i(t)表示干擾噪聲，a_ik表示相位延遲，具體表示如下：表示第k個聲源到第i個麥克風陣元傳播過程中的相位信息，Δr_i(k)表示第k個聲源到第i個麥克風陣元的間距，代表幅值衰減，f為對聲信號進行頻譜分析和時頻譜分析得到的特征頻率，也稱為聲源的信號中心頻率，c表示聲音傳播速度，j為虛數單位，j²＝-1，e為自然對數的底數；

為麥克風陣列的方向矩陣，S＝[S₁(t)，S₂(t)，...，S_M(t)]^T，為聲信號矩陣，N＝[n₁(t)，n₂(t)，…，n_N(t)]^T，為噪聲矩陣；

(4)將等號左側協方差矩陣按行展開，并轉置成列向量形式，將得到的列向量作為壓縮感知的測量值；

等號左側協方差矩表示為：

其中，X^H表示X的共軛轉置；

將矩陣R逐行抽取轉化為列向量：

由公式(3)得到：

E[XX^H]＝E[ASS^HA^H] (6)；

(5)將等號右側協方差矩陣按行展開，得到壓縮感知的矩陣表達式，其中；

將等號右側協方差矩陣寫成矩陣相乘的形式，得到：

將公式(5)中的R_V代入公式(8)中，寫成如下形式：

R_V＝GP+Q (9)

其中：

(6)通過測量值和矩陣表達式計算聲源的能量向量，定位聲源位置；

步驟(6)的具體步驟為：

(6-1)分別用L1范數和L2范數對所述測量值和矩陣表達式進行最小化約束；

(6-2)調用MATLAB的凸優化工具包計算聲源的能量向量，定位聲源位置；

在步驟(6)之后，將定位結果以圖像化的形式展示在聲源掃描平面上。