[發明專利]一種基于鯨魚MUSIC算法的氣體泄漏源估計方法

在審

• 申請號: 202010975403.3
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112197914A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 李鵬;常思婕
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學濱江學院
• 主分類號: G01M3/24
• 分類號: G01M3/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 余俊杰

1.一種基于鯨魚MUSIC算法的氣體泄漏源估計方法，其特征在于，包括如下步驟，

S1：建立該系統的聲傳感器陣列模塊，利用聲波傳感器接收氣體泄漏聲音信號。

S2：獲取對氣體泄漏定位的聲傳感器陣列接收到的數據，與二維MUSIC算法相結合，獲得MUSIC譜估計表達式，將表達式作為目標函數，即，

S3：加入鯨魚優化算法，對譜峰搜索迭代過程進行優化，依次對算法參數初始化、對種群初始化、計算個體適應度、開始迭代以及判斷算法是否滿足終止條件這5個過程，最終得到迭代后的最優解即為最終的待估計方向角(θ,β)。

2.根據權利要求1所述的一種基于鯨魚MUSIC算法的氣體泄漏源估計方法，其特征在于：所述S1中的陣列為一個邊長20cm的正方形區域，選用4個聲波傳感器分別置于正方形的四個直角形成面陣，快拍數SNAP＝100,搜索角度范圍為(0°，90°]，噪聲為高斯白噪聲，信噪比取10dB。

3.根據權利要求1所述的一種基于鯨魚MUSIC算法的氣體泄漏源估計方法，其特征在于：所述S3中引入鯨魚優化算法包括如下步驟，

S31：算法參數初始化。設置鯨魚種群規模大小為SN，維數dim＝2，隨機產生初始種群。最大迭代次數為T_max＝100，迭代次數t的初值為1，定義譜峰搜索中上下邊界分別為和

S32：初始化鯨魚種群。在定義域內，按照定義式

隨機產生初始化鯨魚種群個體的位置x_i(t)，

其中，rand()表示生成[0,1]內的隨機數。

S33：計算個體適應度。計算每個鯨魚個體位置的適應度，f[x_i(t)]，i＝1，2，…，N，記錄最優個體適應度值Leader_score和位置Leader_pos。

S34：開始迭代。在區間(-1,1)內生成隨機數p，判斷p是否滿足p≥0.5，若滿足，則按照泡泡網攻擊公式X(t+1)＝X^*(t)+D′e^blcos(2πl)更新個體位置，并返回Step3；若p≤0.5，則判斷的|A|值，若|A|1，則根據包圍獵物數學模型公式X(t+1)＝X^*(t)-AD更新個體位置，并返回Step3，若|A|≥1，則根據搜索獵物數學模型公式X(t+1)＝X_rand(t)-AD更新鯨魚位置，并返回Step3。

其中，X^*(t)為第t代當代全局最優個體(獵物)的位置向量；D＝|X^*(t)-X_i(t)|表示第t代第i只鯨魚和獵物之間位置差的絕對值向量；b為用于限定對數螺旋形狀的常數；l為[-1，1]的隨機數。鯨魚在選擇螺旋運動更新位置的概率相同，均為0.5。

S35：判斷算法是否滿足終止條件。迭代次數t若是達到最大迭代次數T_max，則輸出最優值Leader_score和位置Leader_pos，若不是，返回Step3繼續運行，直至輸出最優值Leader_score和位置Leader_pos。