[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

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(r_m)]，其中，r_m表示測量面W上第m個測量點(diǎn)的坐標(biāo)向量，p(r_m)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(r_n)] (1)

式(1)中，r_n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，g_m(r_n)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)，|r_n-r_m|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G_K：

G_K＝[g(r_c1),g(r_c2),…,g(r_cK)] (4)

式(4)中，g(r_cK)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(r_cK)＝[g₁(r_cK),g₂(r_cK),…,g_m(r_cK)]^T；其中g(shù)_m(r_cK)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G_K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G_t，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G_t：

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，Δx_K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，Δy_K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G_t之間的數(shù)學(xué)關(guān)系：

式(6)中，q_K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q_K；

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。