[發(fā)明專利]無人值守單個三分量檢波器估計空中聲源方位角的方法

在審

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• 申請日: 2022-07-20
• 公開（公告）號: CN115291162A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜弢;王鑫;李爽;王京椰;王開開;晁云峰;鄭凡
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: G01S3/802
• 分類號: G01S3/802;G01V1/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種無人值守單個三分量檢波器估計空中聲源方位角的方法，包括以下步驟：

a.預(yù)處理，原始水平分量信號X、Y和垂直分量信號Z，作出Z的時頻圖，根據(jù)實際信號的持續(xù)時間以及低頻干擾頻率范圍，初步判斷出瑞雷波所在的大致頻率區(qū)間[F₁，F(xiàn)₂]Hz，并要求F₂不大于時頻圖中信號的能量最強的部分對應(yīng)的頻率；

b.在[F₁，F(xiàn)₂]內(nèi)，選擇零相移濾波器對三個分量信號進行多次帶通濾波，頻帶寬度和移動的步長都是WHz，濾波頻帶區(qū)間∏(n)依次是[F₁，F(xiàn)₁+W]Hz，[F₁+W，F(xiàn)₁+2W]Hz，[F₁+2W，F(xiàn)₁+3W]Hz，…，n是濾波頻帶的序號，n＝1，2，...，N，N是濾波頻帶的總個數(shù)；

c.求每個頻帶的特征參數(shù)，以∏(n)中的第J個濾波頻帶為例，∏(J)濾波后的三個分量是X_J、Y_J和Z_J，設(shè)矩陣ξ＝[Z_J，X_J，Y_J]^T，求出3×3協(xié)方差矩陣ξξ^T并對其進行特征值分解，特征值λ₁＞λ₂＞λ₃，對應(yīng)的特征向量求多個特征參數(shù)，

1)倒數(shù)橢圓率

2)平坦度系數(shù)

3)相位差，

求出R₁，Z_J之間的相位差(角度制)；

4)求v³與水平面的夾角

5)X_J、Y_J和Z_J的能量之和e(J)；

然后求出所有頻帶下的ρ(n)、c(n)、θ(n)和e(n)，5個特征各自包含N個元素，找出e(n)的離散曲線上的所有極大值點對應(yīng)的頻帶，并組成集合H；

d.計算4個偏振特征參數(shù)的絕對誤差值

E_Δ(n)＝|Δ(n)-L_Δ| (6)

其中Δ指代ρ、c、θ的任意一個，L_ρ、L_c、和L_θ分別等于0、1、90°、0，對每個偏振特征參數(shù)，誤差閾值T_Δ＝std(Δ(n))，其中std()表示求括號內(nèi)一維數(shù)組的一倍標準差；

e.計算H中每個頻帶對應(yīng)的4個偏振特征參數(shù)的權(quán)值總和，每個特征參數(shù)的權(quán)值計算方法相同，以計算∏(J)中特征Δ的權(quán)值為例，

其中min()表示求括號內(nèi)一維數(shù)組的最小值，則∏(J)上4個偏振特征參數(shù)的權(quán)值總和W^J的計算公式

求出H中每個頻帶的權(quán)值總和并找到權(quán)值總和數(shù)值最大的頻帶，其對應(yīng)的頻帶序號是K，我們認為∏(K)內(nèi)存在相對理想的瑞雷波，提取后的水平分量X_K、Y_K和垂直分量Z_K；

f.通過微積分將X_K、Y_K和Z_K變換為S_x、S_y和V_z，其中S_x、S_y和V_z分別是沿x和y方向的加速度信號以及沿z方向的速度信號；

g.求空中聲源的方位角，

其中Θ是角度制，“·”表示兩個一維數(shù)組之間的點乘運算。