[發(fā)明專利]一種基于蝙蝠接收聲場的仿生陣列設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910367660.6
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110133662B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁紅;楊長生;蘇夢娜
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01S15/88
• 分類號: G01S15/88;G01S7/539;G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 西安凱多思知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

1.一種基于蝙蝠接收聲場的仿生陣列設(shè)計方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：利用滑動頻率窗平均處理法對蝙蝠頭相關(guān)傳輸函數(shù)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波處理，濾除頭相關(guān)傳輸函數(shù)中幅度譜的高階成分，將處理后的頭相關(guān)傳輸函數(shù)作為仿生陣列設(shè)計的復(fù)現(xiàn)樣本；

已知空間(θ，φ)方向的蝙蝠頭相關(guān)傳輸函數(shù)為H(f,θ,φ)，對于給定方向簡記為H(f)，采用滑動頻率窗對蝙蝠頭相關(guān)傳輸函數(shù)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行平均：

f₁-f₀表示頻率窗寬度，當(dāng)取K＝1.25～2；

步驟2：采用x、y方向陣元數(shù)目相同的均勻平面陣，采用半波長布陣，陣元間距為d＝c/(2*f_max)，f_max為接收聲場的最大頻率；陣元均勻分布于xoy平面上，沿x軸有N列，沿y軸有M列；(θ，φ)方向目標(biāo)的單位向量r＝(cosθsinφ,sinθ)，陣元i的位置向量為x_i＝((L_x-1)d,(L_y-1)d)，角度向量為x_i·r＝(L_x-1)dcosθsinφ+(L_y-1)dsinθ，其中(L_x,L_y)是不同陣元的位置索引；

設(shè)

其中表示波數(shù)，表示相位隨距離的變化率；

均勻平面陣的陣列流形矢量為：

a_n(f_c,θ,φ)＝[V₀₀,Λ,V_nm,Λ,V_(N-1)(M-1)]

寬帶FIR濾波器波束形成器的陣列流形矢量為：

為濾波器的響應(yīng)向量，N為濾波器階數(shù)，T表示濾波器時延間隔，T＝1/(2*f_max)；

以寬帶FIR波束形成器的輸出來復(fù)現(xiàn)蝙蝠頭相關(guān)傳輸函數(shù)，等效于求解最優(yōu)化問題：

其中w＝[w₁₀,K,w_1N,K,w_M0,K,w_MN]為陣列各陣元權(quán)值，h_d(f_c,θ,φ)為平滑濾波后的頭相關(guān)傳遞函數(shù)；

當(dāng)w^Ha(f_c,θ,φ)≈h_d(f_c,θ,φ)時，上式取得最小值，即仿生陣列取得最優(yōu)權(quán)值；對蝙蝠頭相關(guān)函數(shù)進(jìn)行頻域、角度域離散化處理：

D^Hw≈h_d

其中：

h_d＝[h_d(f₁,θ₁,φ₁),Λ,h_d(f_p,θ₁,φ₁),Λ,h_d(f_p,θ_Q,φ_R)]^H

D＝[A(θ₁,φ₁),A(θ₂,φ₁),Λ,A(θ_Q,φ₁),A(θ₁,φ₂),Λ,A(θ_Q,φ_R)]

D中的每一項A(θ_j,φ_k)＝[a(f₁,θ_j,φ_k),a(f₂,θ_j,φ_k),Λa(f_P,θ_j,φ_k)]；

步驟3：利用正則化最小二乘算法求解權(quán)值優(yōu)化問題，得到仿生陣列的權(quán)值最優(yōu)解，完成基于蝙蝠接收聲場的仿生陣列設(shè)計；

首先將復(fù)數(shù)等式進(jìn)行實(shí)虛部分離：

其中“S”，“I”分別代表實(shí)部分量和虛部分量；

將轉(zhuǎn)化為一個矩陣等式：Cw＝g；其中C＝[D_S,D_I]^T，g＝[h_dS,h_dI]^T；

目標(biāo)函數(shù)L為：其中,0＜β＜1，為正則化參數(shù)；

對目標(biāo)函數(shù)L進(jìn)行偏微分求解，解得w＝(C^TC+βI)^-1C^Tg，得到FIR波束形成器各階權(quán)值w，完成基于蝙蝠接收聲場的仿生陣列設(shè)計。