[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（設計）人: 徐亮;李子風;畢傳興;徐文;權璐純
• 申請（專利權）人: 合肥工業(yè)大學
• 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個測量點的坐標向量，p(r_m)表示第m個測量點的聲壓數(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，且每個網(wǎng)格點為聚焦點；

將每個聚焦點作為潛在聲源點，從而利用式(1)構(gòu)造聲源源強列向量q：

q＝[q(r₁),q(r₂),...q(r_n)] (1)

式(1)中，r_n表示聚焦面T上第n個聚焦點的坐標向量，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)建立聲源源強列向量q與傳感器陣列聲壓測量值p之間的關系：

p＝Gq (3)

步驟4、通過稀疏重構(gòu)算法對(3)式進行求解，獲得所述聚焦面T上各網(wǎng)格點處的聲源源強列向量，通過所述聲源源強列向量中的源強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_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進行一階泰勒展開，并結(jié)合坐標輪換迭代優(yōu)化方法，從而估計出實際聲源位置對應的修正后的Green函數(shù)矩陣G_t，從而在所述聚焦面T上網(wǎng)格點之間實現(xiàn)亞網(wǎng)格搜索，得到準確的聲源位置。

2.根據(jù)權利要求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個聲源對應的修正后的Green函數(shù)矩陣G_t之間的數(shù)學關系：

式(6)中，q_K為K個聲源的源強列向量；

步驟5.3：定義當前迭代次數(shù)為i，最大迭代次數(shù)為Imax；定義當前迭代維度為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個聲源的源強列向量

步驟5.11：再進行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。