[發明專利]一種基于聲特征的全變分正則化測向方法及系統

在審

• 申請號: 202210204689.4
• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN114895237A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 劉志紅;劉尊民;李超;趙化良;馬鳴
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01S3/802
• 分類號: G01S3/802
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 閆偉姣

1.一種基于聲特征的全變分正則化測向方法，其特征在于，包括：

基于平面陣列獲取入射聲源的輸出聲信號；

基于預先構建好的二維全變分稀疏波達方向估計模型計算入射聲源的波達方向估計值；

其中，所述二維全變分稀疏波達方向估計模型的構建過程，具體為：

根據聲源的空間分布特征建立空間擴展聲源模型；

構建二維陣列流形矩陣，得到二維矩陣列矩陣的過完備表述，基于二維矩陣列矩陣的過完備表述確定入射聲源的二維稀疏表示；

構建二維全變分結構矩陣，基于所述二維全變分結構矩陣構建二維全變分稀疏波達方向估計模型。

2.如權利要求1所述的一種基于聲特征的全變分正則化測向方法，其特征在于，所述基于平面陣列獲取入射聲源的輸出聲信號，具體為：

所述平面陣列的維度為M×N且M＝N，以間隔0.5λ均勻分布，λ為入射波波長；

利用所述平面陣列對入射聲源進行接收采樣，得到入射聲源的輸出聲信號。

3.如權利要求1所述的一種基于聲特征的全變分正則化測向方法，其特征在于，所述根據聲源的空間分布特征建立空間擴展聲源模型，具體為：

依據聲源的空間分布連續性特征，建立空間擴展聲源模型；

其中，空間擴展聲源模型，具體如下式：

其中，d為分組長度，假設采樣t時刻，t＝1,2,…,L，L是快拍數，有K個遠場窄帶聲源，且K＝n×d，n為索引。

4.如權利要求1所述的一種基于聲特征的全變分正則化測向方法，其特征在于，構建二維陣列流形矩陣，得到二維矩陣列矩陣的過完備表述，基于二維矩陣列矩陣的過完備表述確定入射聲源的二維稀疏表示，具體為：

基于入射聲源的輸出聲信號樣本數據，構造二維陣列流形矩陣；

基于網格化觀測空間，構造二維陣列流形矩陣的過完備表述；

基于二維陣列流形矩陣的過完備表述得到入射聲源的二維稀疏表示。

5.如權利要求4所述的一種基于聲特征的全變分正則化測向方法，其特征在于，所述基于入射聲源的輸出聲信號樣本數據，構造二維陣列流形矩陣，具體為：

獲取入射聲源從第一個傳感器傳輸到第X個傳感器位置的時間差；

基于時間差分別得到入射聲源x軸和y軸方向的陣列流形矩陣；

根據二維廣義方向矢量的定義，得到平面矩形陣列的二維方向矢量；

將平面矩形陣列的二維方向矢量轉化為二維陣列流形矩陣。

6.如權利要求1所述的一種基于聲特征的全變分正則化測向方法，其特征在于，所述構建二維全變分結構矩陣，基于二維全變分結構矩陣構建二維全變分稀疏波達方向估計模型，具體為：

獲取聲信號樣本數據，分析提取聲信號的塊稀疏特征和相關性特征；

基于聲信號的塊稀疏特征和相關性特征，構建全變分結構矩陣；

根據全變分結構矩陣結合稀疏波達方向估計模型，得到最終的二維全變分稀疏波達方向估計模型，具體如下式：

式中，μ₁，μ₂均為正則項參數，定觀測矢量y，過完備陣列流形矩陣全變分結構矩陣D_tv，目標解s。

7.如權利要求1所述的一種基于聲特征的全變分正則化測向方法，其特征在于，基于預先構建好的二維全變分稀疏波達方向估計模型計算入射聲源的波達方向估計值，具體為：

利用矩陣優化計算方法，快速求解二維全變分稀疏波達方向估計模型，得出入射聲源在俯仰角和方位角方向上的二維波達估計值；

其中，所述矩陣優化計算方法，具體為：

獲取陣列結構、聲源分布角度范圍、聲傳播速度以及波長，由二維平面陣流形構建陣列矩陣的過完備表述；

利用廣義lasso矩陣和塊稀疏特征構建二維全變分矩陣；

由二維全變分矩陣構建二維稀疏DOA估計模型賦值μ₁和μ₂；

利用凸優化的內點進行最大值搜索，生成聲源分布的空間譜圖；

由空間譜圖精確估計聲源的波達方向。