[发明专利]一种基于Green函数修正的高分辨率声源定位方法

权利要求书

1.一种基于Green函数修正的高分辨率声源定位方法，其特征包括以下步骤：

步骤1、在K个声源辐射形成的声场中布置M个传感器，从而形成测量面W；采集各传感器所检测到的声压数据p＝[p(r₁),p(r₂),…p(r_m)]，其中，r_m表示测量面W上第m个测量点的坐标向量，p(r_m)表示第m个测量点的声压数据；

步骤2、定义聚焦面T为离散化声源计算平面所形成的网格面；所述聚焦面T包含N个网格点，且每个网格点为聚焦点；

将每个聚焦点作为潜在声源点，从而利用式(1)构造声源源强列向量q：

q＝[q(r₁),q(r₂),...q(r_n)] (1)

式(1)中，r_n表示聚焦面T上第n个聚焦点的坐标向量，n＝1,2,3,…N；

利用式(2)建立所述聚焦面T上各网格点与传感器阵列中各传感器之间的Green函数矩阵G：

式(2)中，g_m(r_n)为第n个聚焦点到第m个传感器之间的Green函数，且j为虚数单位，k表示声波波数，|r_n-r_m|为第n个聚焦点到第m个传感器之间的距离，m＝1,2,3，...，M；

步骤3、利用式(3)建立声源源强列向量q与传感器阵列声压测量值p之间的关系：

p＝Gq (3)

步骤4、通过稀疏重构算法对(3)式进行求解，获得所述聚焦面T上各网格点处的声源源强列向量，通过所述声源源强列向量中的源强大小确定所述聚焦面上声源的个数K及各声源的初步位置；

根据各声源的初步位置，从所述Green函数矩阵G中抽取相应的列，从而形成如式(4)所示的待修正的Green函数矩阵G_K：

G_K＝[g(r_c1),g(r_c2),…,g(r_cK)] (4)

式(4)中，g(r_cK)为第K个声源的初步位置到传感器阵列中各传感器的Green函数所组成的列向量，即g(r_cK)＝[g₁(r_cK),g₂(r_cK),…,g_m(r_cK)]^T；其中g_m(r_cK)为第K个声源的初步位置到第m个传感器的Green函数；

步骤5、对所述待修正的Green函数矩阵G_K进行一阶泰勒展开，并结合坐标轮换迭代优化方法，从而估计出实际声源位置对应的修正后的Green函数矩阵G_t，从而在所述聚焦面T上网格点之间实现亚网格搜索，得到准确的声源位置。

2.根据权利要求1中所述的高分辨率声源定位方法，其特征在于：所述步骤5是按如下过程进行：

步骤5.1：利用式(5)所示的一阶泰勒展开方法，得到修正后的Green函数矩阵G_t：

式(5)中，ΔX，ΔY分别为由各声源在x、y方向的位置偏差所组成的对角矩阵，并有：

式中，Δx_K为第K个声源实际位置相对于初步位置在x方向的位置偏差，Δy_K为第K个声源实际位置相对于初步位置在y方向的位置偏差；

步骤5.2：利用式(6)建立声压数据p与K个声源对应的修正后的Green函数矩阵G_t之间的数学关系：

式(6)中，q_K为K个声源的源强列向量；

步骤5.3：定义当前迭代次数为i，最大迭代次数为Imax；定义当前迭代维度为j，并初始化i＝1；

步骤5.4：令第i轮迭代中第j个维度的K个声源的源强列向量为并初始化为q_K；

步骤5.5：初始化j＝0；

步骤5.6：先进行x方向偏差修正，利用式(7)计算第i轮迭代中由于声源在x方向存在位置偏差造成的传感器阵列中各传感器处的声压偏差：

式(7)中，为第i轮迭代中由于声源在x方向存在位置偏差造成的第m个传感器处的声压偏差；ΔYⁱ为第i轮迭代中K个声源的y方向位置偏差组成的对角矩阵；当i＝1时，ΔYⁱ为0；

步骤5.7：利用式(8)计算第i轮迭代中声源在x方向的位置偏差：

式(8)中，为第i轮迭代中第K个声源在x方向的位置偏差；

步骤5.8：将j+1赋值给j；

步骤5.9：利用式(9)计算第i轮迭代中第j个维度的修正后的Green函数矩阵

式(9)中，ΔXⁱ为第i轮迭代中K个声源的x方向位置偏差组成的对角矩阵；

步骤5.10：利用式(10)计算第i轮迭代中第j个维度的K个声源的源强列向量

步骤5.11：再进行y方向偏差修正，利用式(11)计算第i轮迭代中由于声源在y方向存在位置偏差造成的传感器阵列中各传感器处的声压偏差：

式(11)中，为第i轮迭代中由于声源在y方向存在位置偏差造成的第m个传感器处的声压偏差；

步骤5.12：利用式(12)计算第i轮迭代中声源在y方向的位置偏差：

式(12)中，为第i轮迭代中第K个声源在y方向的位置偏差；

步骤5.13：将j+1赋值给j；

步骤5.14：利用式(13)计算第i轮迭代中第j个维度的修正后的Green函数矩阵

步骤5.15：利用式(14)计算第i轮迭代中第j个维度的K个声源的源强列向量

步骤5.16：判断iImax是否成立，若成立，则停止迭代，并得到准确的声源位置，否则，将赋值给后，将i+1赋值给i，同时返回步骤5.5顺序执行。