[發明專利]一種基于蝙蝠接收聲場的仿生陣列設計方法

有效

• 申請號: 201910367660.6
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110133662B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 梁紅;楊長生;蘇夢娜
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S15/88
• 分類號: G01S15/88;G01S7/539;G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種基于蝙蝠接收聲場的仿生陣列設計方法，利用滑動頻率窗平均處理法對蝙蝠頭相關傳輸函數實測數據進行平滑濾波處理，去除頻率響應函數中的高階成分，保留蝙蝠頭相關傳輸函數的主要特征；仿生陣列采用x、y方向陣元數目相同的均勻平面陣，并結合FIR濾波器建立仿生陣列寬帶FIR濾波器波束形成模型；最后采用正則化最小二乘算法求解優化問題，得到仿生陣列最優權值。使用本發明的方法能夠降低仿生陣列的結構復雜度和復現誤差。本發明使用平滑濾波后的頭相關傳輸函數進行仿生陣列設計，仿生陣列與蝙蝠頭相關傳輸函數之間的全局平均誤差為12.13％，譜失真為2.99。

技術領域

本發明屬于仿生設計技術領域，涉及一種基于蝙蝠接收聲場的仿生陣列設計方法。

背景技術

從生物進化的角度出發，仿生陣列為仿生定位算法發揮自身優勢提供了基礎和保障，因此研究仿生陣列設計對實現仿生高精度定位至關重要。目前基于蝙蝠聲場的仿生接收裝置存在靈活性差、實用性差等缺陷，利用仿生陣列復現蝙蝠接收聲場能有效地解決現有方法存在的問題。一般來說，基于蝙蝠接收聲場的仿生陣列設計主要包含以下幾個步驟：

步驟一，蝙蝠頭相關傳輸函數數據采集；

步驟二，建立仿生陣列波束形成模型；

步驟三，利用優化算法求解仿生陣列最優權值。

當前基于蝙蝠接收聲場的仿生陣列設計方法主要通過陣列及濾波器復現蝙蝠頭相關傳輸函數。Herbert等人在文獻“Steckel J,Peremans H.Anovel biomimetic sonarhead using beamforming technology to mimic bat echolocation[J].IEEETransactions on Ultrasonics,Ferroelectrics and Frequency Control,2012,59(7):1369-1377.”中提出了一種基于蝙蝠頭相關傳輸函數的仿生陣列設計方法，該方法首先得到矛吻蝠頭相關傳輸函數的實測數據，再利用均勻平面陣及濾波器復現矛吻蝠頭相關傳輸函數。該方法通過調整權值適應各種蝙蝠聲場特性，節省存儲空間并減少運算量。然而由于未考慮蝙蝠接收聲場的高頻寬帶特性及高階頻率響應成分，基于該方法的仿生陣列與蝙蝠頭相關傳輸函數誤差較大。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于蝙蝠接收聲場的仿生陣列設計方法，在陣列結構相對簡單的前提下減小復現誤差。

技術方案

一種基于蝙蝠接收聲場的仿生陣列設計方法，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傳輸函數實測數據進行平滑濾波處理，濾除頭相關傳輸函數中幅度譜的高階成分，將處理后的頭相關傳輸函數作為仿生陣列設計的復現樣本；

已知空間(θ，φ)方向的蝙蝠頭相關傳輸函數為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傳輸函數實測數據進行平均：

f₁-f₀表示頻率窗寬度，當取