[發明專利]一種聲源位置估計方法、可讀存儲介質及計算機設備

有效

• 申請號: 201910493374.4
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110146846B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 孫顯彬;賈鑫明;鄭軼;王振
• 申請（專利權）人: 青島理工大學;山東省科學院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20;G01S3/80;G06N3/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種聲源位置估計方法、可讀存儲介質及計算機設備，單矢量水聽器接收海洋中的聲源發出的多通道信號；通過固定窗?動態窗的聯合滑動，將接收到的多通道信號融合為瞬時單通道聲強信號，并劃分為包含足夠信息量的信號段，在保證信息量的前提下，減少數據量，提高運算速度；利用最大期望算法進行信號的自補足，同時通過擴大各信號段之間的距離，提高了信號段之間的分辨率，而且一定程度上補充了上一步截取損失的信息；通過循環神經網絡利用自補足后的等長信號進行聲源位置的估計；本公開所述的聲源估計方法僅需采用單矢量水聽器采集信號，不僅簡化了布置難度和使用成本，還擴大了適用范圍。

技術領域

本公開涉及聲源位置估計技術領域，特別涉及一種聲源位置估計方法、可讀存儲介質及計算機設備。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

隨著我國經濟快速持續地增長，人口也不斷地增加，人們對資源的需求量和消費水平的要求也隨之大幅度地增長。對于陸地上有限的資源，人們也在最大可能的開發和利用，同樣與此同時也會面臨資源短缺的情況，所以我們要在現有的資源得到最大化應用基礎上，還要研究開發新的領域和新的資源。而海洋面積占地球表面積高達70％以上，所以對于海洋資源的開發利用至關重要。近年來世界上各個國家對于海洋資源競爭也是相當激烈。怎樣開拓和使用海洋資源，使其資源能夠得到最大價值的利用，已經成為近年來備受關注的重大問題。中國處于一個獨特的位置，總的國土面積約為960萬平方公里，其中海洋面積約占總面積的 3％，并且這些海洋水域大部分處于淺海水域。所以對淺海水域的技術研究，將會對人類的生存和發展產生更大的意義。

相比于深海環境，淺海環境的時空多變性、不確定性對信號的傳播影響更加嚴重，同時淺海海底的反射信號及淺海人類活動均會造成目標信號的混疊，進而影響聲源位置估計，因此對于淺海環境下聲源目標估計一直是目前該領域的研究難點。相比于傳統的聲壓水聽器，矢量水聽器能共點采集聲壓信號和正交方向的三軸振速信號，具有很高的實用價值。

本公開發明人在研究中發現，目前單矢量水聽器多用于目標方位角和俯仰角的估計，而目標位置距離的判斷則需采用矢量水聽器陣列進行交叉估計，這是由于單矢量水聽器對于距離分辨不足的天生缺陷造成；而且單矢量水聽器在實際工程應用中一方面是由于工藝條件的限制使得實際參數難以到達理想電聲參數特性要求，制約其方位估計精度，另一方面，其易受環境影響發生姿態的不確定變化，更加影響目標真實方位的獲取，這些原因導致單矢量水聽器在目標位置估計上應用不足。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開提供了一種聲源位置估計方法、可讀存儲介質及計算機設備，相比于傳統的聲源估計模型需要布置復雜的矢量水聽器陣列接收信號，該聲源估計方法僅需采用單矢量水聽器采集信號，不僅簡化了布置難度和使用成本，還擴大了適用范圍。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

第一方面，本公開提供了一種聲源位置估計方法；

一種聲源位置估計方法，步驟如下：

單矢量水聽器接收海洋中的聲源發出的多通道信號；

通過固定窗-動態窗的聯合滑動，將接收到的多通道信號融合為瞬時單通道聲強信號，并劃分為包含足夠信息量的信號段，在保證信息量的前提下，減少數據量，提高運算速度；

利用最大期望算法進行信號的自補足，同時通過擴大各信號段之間的距離，提高了信號段之間的分辨率，而且一定程度上補充了上一步截取損失的信息；

通過循環神經網絡利用自補足后的等長信號進行聲源位置的估計。

作為可能的一些實現方式，所述多通道信號為四通道信號，包括三個正交方向的振速信號：x軸方向振速v_x，y軸方向振速v_y，z軸方向振速v_z和一個標量聲壓信號p。