[發(fā)明專利]一種基于Green函數(shù)修正的高分辨率聲源定位方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201911193132.X | 申請日: | 2019-11-28 |
| 公開(公告)號: | CN110850371B | 公開(公告)日: | 2021-09-21 |
| 發(fā)明(設(shè)計)人: | 徐亮;李子風(fēng);畢傳興;徐文;權(quán)璐純 | 申請(專利權(quán))人: | 合肥工業(yè)大學(xué) |
| 主分類號: | G01S5/20 | 分類號: | G01S5/20 |
| 代理公司: | 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101 | 代理人: | 陸麗莉;何梅生 |
| 地址: | 230009 安*** | 國省代碼: | 安徽;34 |
| 權(quán)利要求書: | 查看更多 | 說明書: | 查看更多 |
| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 基于 green 函數(shù) 修正 高分辨率 聲源 定位 方法 | ||
1.一種基于Green函數(shù)修正的高分辨率聲源定位方法,其特征包括以下步驟:
步驟1、在K個聲源輻射形成的聲場中布置M個傳感器,從而形成測量面W;采集各傳感器所檢測到的聲壓數(shù)據(jù)p=[p(r1),p(r2),…p(rm)],其中,rm表示測量面W上第m個測量點(diǎn)的坐標(biāo)向量,p(rm)表示第m個測量點(diǎn)的聲壓數(shù)據(jù);
步驟2、定義聚焦面T為離散化聲源計算平面所形成的網(wǎng)格面;所述聚焦面T包含N個網(wǎng)格點(diǎn),且每個網(wǎng)格點(diǎn)為聚焦點(diǎn);
將每個聚焦點(diǎn)作為潛在聲源點(diǎn),從而利用式(1)構(gòu)造聲源源強(qiáng)列向量q:
q=[q(r1),q(r2),...q(rn)] (1)
式(1)中,rn表示聚焦面T上第n個聚焦點(diǎn)的坐標(biāo)向量,n=1,2,3,…N;
利用式(2)建立所述聚焦面T上各網(wǎng)格點(diǎn)與傳感器陣列中各傳感器之間的Green函數(shù)矩陣G:
式(2)中,gm(rn)為第n個聚焦點(diǎn)到第m個傳感器之間的Green函數(shù),且j為虛數(shù)單位,k表示聲波波數(shù),|rn-rm|為第n個聚焦點(diǎn)到第m個傳感器之間的距離,m=1,2,3,...,M;
步驟3、利用式(3)建立聲源源強(qiáng)列向量q與傳感器陣列聲壓測量值p之間的關(guān)系:
p=Gq (3)
步驟4、通過稀疏重構(gòu)算法對(3)式進(jìn)行求解,獲得所述聚焦面T上各網(wǎng)格點(diǎn)處的聲源源強(qiáng)列向量,通過所述聲源源強(qiáng)列向量中的源強(qiáng)大小確定所述聚焦面上聲源的個數(shù)K及各聲源的初步位置;
根據(jù)各聲源的初步位置,從所述Green函數(shù)矩陣G中抽取相應(yīng)的列,從而形成如式(4)所示的待修正的Green函數(shù)矩陣GK:
GK=[g(rc1),g(rc2),…,g(rcK)] (4)
式(4)中,g(rcK)為第K個聲源的初步位置到傳感器陣列中各傳感器的Green函數(shù)所組成的列向量,即g(rcK)=[g1(rcK),g2(rcK),…,gm(rcK)]T;其中g(shù)m(rcK)為第K個聲源的初步位置到第m個傳感器的Green函數(shù);
步驟5、對所述待修正的Green函數(shù)矩陣GK進(jìn)行一階泰勒展開,并結(jié)合坐標(biāo)輪換迭代優(yōu)化方法,從而估計出實(shí)際聲源位置對應(yīng)的修正后的Green函數(shù)矩陣Gt,從而在所述聚焦面T上網(wǎng)格點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)亞網(wǎng)格搜索,得到準(zhǔn)確的聲源位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的高分辨率聲源定位方法,其特征在于:所述步驟5是按如下過程進(jìn)行:
步驟5.1:利用式(5)所示的一階泰勒展開方法,得到修正后的Green函數(shù)矩陣Gt:
式(5)中,ΔX,ΔY分別為由各聲源在x、y方向的位置偏差所組成的對角矩陣,并有:
式中,ΔxK為第K個聲源實(shí)際位置相對于初步位置在x方向的位置偏差,ΔyK為第K個聲源實(shí)際位置相對于初步位置在y方向的位置偏差;
步驟5.2:利用式(6)建立聲壓數(shù)據(jù)p與K個聲源對應(yīng)的修正后的Green函數(shù)矩陣Gt之間的數(shù)學(xué)關(guān)系:
式(6)中,qK為K個聲源的源強(qiáng)列向量;
步驟5.3:定義當(dāng)前迭代次數(shù)為i,最大迭代次數(shù)為Imax;定義當(dāng)前迭代維度為j,并初始化i=1;
步驟5.4:令第i輪迭代中第j個維度的K個聲源的源強(qiáng)列向量為并初始化為qK;
步驟5.5:初始化j=0;
步驟5.6:先進(jìn)行x方向偏差修正,利用式(7)計算第i輪迭代中由于聲源在x方向存在位置偏差造成的傳感器陣列中各傳感器處的聲壓偏差:
式(7)中,為第i輪迭代中由于聲源在x方向存在位置偏差造成的第m個傳感器處的聲壓偏差;ΔYi為第i輪迭代中K個聲源的y方向位置偏差組成的對角矩陣;當(dāng)i=1時,ΔYi為0;
步驟5.7:利用式(8)計算第i輪迭代中聲源在x方向的位置偏差:
式(8)中,為第i輪迭代中第K個聲源在x方向的位置偏差;
步驟5.8:將j+1賦值給j;
步驟5.9:利用式(9)計算第i輪迭代中第j個維度的修正后的Green函數(shù)矩陣
式(9)中,ΔXi為第i輪迭代中K個聲源的x方向位置偏差組成的對角矩陣;
步驟5.10:利用式(10)計算第i輪迭代中第j個維度的K個聲源的源強(qiáng)列向量
步驟5.11:再進(jìn)行y方向偏差修正,利用式(11)計算第i輪迭代中由于聲源在y方向存在位置偏差造成的傳感器陣列中各傳感器處的聲壓偏差:
式(11)中,為第i輪迭代中由于聲源在y方向存在位置偏差造成的第m個傳感器處的聲壓偏差;
步驟5.12:利用式(12)計算第i輪迭代中聲源在y方向的位置偏差:
式(12)中,為第i輪迭代中第K個聲源在y方向的位置偏差;
步驟5.13:將j+1賦值給j;
步驟5.14:利用式(13)計算第i輪迭代中第j個維度的修正后的Green函數(shù)矩陣
步驟5.15:利用式(14)計算第i輪迭代中第j個維度的K個聲源的源強(qiáng)列向量
步驟5.16:判斷iImax是否成立,若成立,則停止迭代,并得到準(zhǔn)確的聲源位置,否則,將賦值給后,將i+1賦值給i,同時返回步驟5.5順序執(zhí)行。
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