[发明专利]一种考虑声传播相关性丢失的麦克风阵列优化设计方法

权利要求书

1.一种考虑声传播相关性丢失的麦克风阵列优化设计方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)设置遗传算法参数；随机产生父种群P_t内的阵列坐标，其中角标t表示遗传算法中的代数；设t的初始值为0，设子种群Q_t为空集；所述遗传算法参数包括：种群内个体数目N；

(2)合并父种群P_t和子种群Q_t得到种群U_t＝{P_t∪Q_t}，计算种群U_t内所有阵列在声传播相关性丢失问题影响下的分辨率和旁瓣抑制水平；

其中所述旁瓣抑制水平计算公式为：

其中：

f为分析频率，f_L为分析频率下限，f_H为分析频率上限；

D为声源面网格区域，即为平行于阵列平面的平面区域，区域D′为区域D剔除主瓣的区域；

y_j为声源面网格坐标；j为自然数；

psf(x_iⁿ,y_j,f)为阵列x_iⁿ的分析频率f下的单位声源的波束形成图；

psf(x_i,y_j,f)是阵列x_iⁿ对声源面某位置y_j的频率为f的单位声源在分析频率为f下的波束形成图，计算公式为：

其中：

A为在位置y₀处的单位声源在阵列上引起的互谱矩阵，计算公式为：

T为调整矢量，计算公式为：

w_i,f为上述考虑声传播相关性丢失的麦克风权重系数；

“*”表示复数取共轭；

psf在y₀位置取得最大值零，因而最大旁瓣水平为小于零的值；

阵列分辨率取自主瓣峰值下降3dB位置的主瓣宽度，其计算公式为：

R(x_i)＝2·min(|y_j-y₀|),psf(x_i,y_j,f)＝-3dB；

在计算波束形成图时，对各麦克风引入权重系数其中：Erf(x)为高斯误差函数；ri为第i个麦克风距离阵列中心的距离；R_f为有效阵列口径，其计算公式为：其中h为声源与阵列间的距离，即飞机飞行高度；f为分析频率；

(3)计算种群U_t内阵列非支配排序的序值与阵列拥挤距离；

(4)判断种群U_t内阵列是否满足约束条件，将不满足约束条件的阵列的序值设置为2N；

(5)依据阵列的非支配排序的序值和拥挤距离裁剪出与父种群P_t种群数目相同的新种群P_t+1；

(6)对新种群进行选择、交叉和变异操作，得到子种群Q_t+1；

(7)判断t+1是否大于最大迭代次数，若是则输出父种群P_t+1中序值为1的所有非支配阵列作为最优解集，且本方法结束；否则，t＝t+1，转到步骤(2)。

2.根据权利要求1所述的一种考虑声传播相关性丢失的麦克风阵列优化设计方法，其特征在于：所述步骤(2)中阵列分辨率和旁瓣抑制水平的取值方法为：计算分析频率范围内所有三分之一倍频程中心频率下的阵列分辨率和旁瓣抑制水平，取其中最差的阵列分辨率和旁瓣抑制水平。

3.根据权利要求1所述的一种考虑声传播相关性丢失的麦克风阵列优化设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中的约束条件为：x_i∈Ω和|x_i-x_j|≥d；其中x_i、x_j为阵列单元坐标，M为阵列单元数目，i＝1....M、j＝1....M，d为单元间最小间距限定值，Ω为阵列口径所决定的区域。