[發明專利]面向聲場測量多目標協同三維傳聲器陣列優化方法及裝置

在審

• 申請號: 202310331057.9
• 申請日: 2023-03-30
• 公開（公告）號: CN116381604A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 黎敏;陳巖;馮道方;潘薇;石有泰
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01S5/18
• 分類號: G01S5/18;G06F30/10;G06F30/20;G06N3/006;G06F111/04
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公開了一種面向聲場測量多目標協同三維傳聲器陣列優化方法及裝置，涉及傳聲器陣列信號測量技術領域。包括：通過改進的Sine混沌映射，生成傳聲器陣列初代陣元群；構造混合適應度函數，計算傳聲器陣列對聲源定位和聲場重構算法的適應度；利用鯨魚精英優化算法根據混合適應度函數得到優化后的面向聲場測量多目標協同的三維傳聲器陣列。本發明能夠解決初代陣元群不能在整個空間中均勻分布的問題，提高傳聲器陣列面向聲源定位與聲場重構算法具有更好的適應度，實現三維傳聲器陣列陣元最優分布和傳聲器陣列陣元激勵權重。通過上述三部分的融合，最終優化出對波束形成和聲全息算法高適應度的三維傳聲器陣列，能有效完善傳聲器陣列輸出響應特性。

技術領域

本發明涉及傳聲器陣列信號測量技術領域，尤其涉及一種面向聲場測量多目標協同三維傳聲器陣列優化方法及裝置。

背景技術

傳聲器陣列是由多個聲傳感器單元按照一定結構排列組成，通過對測得聲音信號進行相關分析，得到聲源分布。傳聲器陣列的結構會影響到聲源識別的空間分辨率及聲場重構的準確度，所以需要分析影響傳聲器陣列性能的因素，以期找尋到最合理的傳聲器陣列結構。傳聲器陣列的幾何參數主要有傳聲器陣列孔徑大小、傳聲器間距、傳聲器空間位置、傳聲器數目等。其中，傳聲器陣列孔徑越大，可以測得的聲源頻率就越小；傳聲器陣列孔徑越小，聲源識別的空間分辨也越低；傳聲器間距決定了傳聲器陣列可識別聲源頻率的范圍；傳聲器空間位置決定傳聲器陣列具有不同的主瓣寬度和旁瓣數級。

聲源定位和聲場重構是聲學領域兩大研究熱點，近年來被廣泛運用于噪聲識別之中，聲源定位利用定位算法對測量到的聲信號進行處理，可獲得聲源點相對于麥克風的到達方向和距離，主要被用于船舶和車輛的檢測、機器中主要噪聲源的定位、通信設備或語音識別處理中的目標選擇和干擾抑制，以及機械系統的狀態監測，最常使用的方法為波束形成算法。聲場重構通過重構算法可準確獲取聲源幅值及空間聲壓分布，通過空間不同區域噪聲分布和明晰聲傳播路徑可為噪聲評估與隔聲降噪提供參考，最常使用的方法為聲全息算法。

在波束形成方法中，該方法具有優越的高頻空間分辨能力，波束形成是基于聲音信號相位計算聲源位置，陣元間距越大，波束帶寬越窄，定位的精度越高。但陣元間距過小時，波束寬帶太寬，定位精度不夠高；而陣元間距過大，引起陣元間延時加大，會造成相位差偏大，又會引起柵瓣的產生，因而會引起定位模糊現象。

在聲全息算法中，該方法具有優越的低頻空間分辨能力，聲全息是基于聲音信號幅值反向計算聲源位置，隨著陣元間距增大，重構位置偏差也會增大。所以，通過改變陣元間距以及陣元激勵權重，波束形成算法和聲全息算法聲源定位結果準確度呈現著對抗性。

在傳統的傳聲器陣列方法中，人們提出了各種優化方法只能解決傳聲器陣列波束形成算法定位精度或聲全息算法聲場重構精度兩大問題之一，面對同時解決聲源定位與聲場重構對測量傳聲器陣列不同需求，傳統優化方法并不能有效解決。

發明內容

本發明針對在傳統的傳聲器陣列方法中，人們提出了各種優化方法只能解決傳聲器陣列波束形成算法定位精度或聲全息算法聲場重構精度兩大問題之一，面對同時解決聲源定位與聲場重構對測量傳聲器陣列不同需求，傳統優化方法并不能有效解決的問題，提出了本發明。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

一方面，本發明提供了一種面向聲場測量多目標協同三維傳聲器陣列優化方法，該方法由電子設備實現，該方法包括：

S1、獲取傳聲器陣列傳統組陣元群的幾何參數，通過改進的Sine混沌映射，生成傳聲器陣列初代陣元群。

S2、構造混合適應度函數。

S3、根據傳聲器陣列初代陣元群、混合適應度函數以及鯨魚精英優化算法，得到優化后的面向聲場測量多目標協同的三維傳聲器陣列。

可選地，S1中的獲取傳聲器陣列傳統組陣元群的幾何參數，通過改進的Sine混沌映射，生成傳聲器陣列初代陣元群，包括：