[发明专利]基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法及装置

权利要求书

1.一种基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：针对搜索范围划分网格，标记各搜索网格位置序号；

步骤2：基于气象参数，计算声速的梯度分布；

步骤3：基于所述声速的梯度分布，计算各搜索网格与传声器阵列的脉冲响应，构建匹配库矩阵；

步骤4：传声器阵列接收数据，计算接收数据的协方差矩阵；

步骤5：根据所述匹配库矩阵中各搜索网格所对应的数据和所述协方差矩阵，基于模糊函数计算每个搜索网格的匹配值；根据搜索网格的匹配值，确定声源位置。

2.根据权利要求1所述的基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于：步骤1中，以基准传声器位置为坐标原点，确定各传声器位置r_mic＝(x_mic,y_mic)；设定最大搜索距离R_max和最大搜索高度H_max；分别设定距离搜索间隔△R和搜索高度间隔△H，搜索网格总数目G为距离维度N_R＝R_max/△R和高度维度N_H＝H_max/△H的乘积。

3.根据权利要求1所述的基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于：步骤1中，△R取值范围10m-50m，△H取50m；或△R取值范围100m-200m，△H取100m。

4.根据权利要求1所述的基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于：步骤2中，所述当前气象参数包括温度和风速，声速与温度、风速的关系式如下：

式中，c₀是0℃时的空气声速，T₀是绝对零度，T是温度(K),v表示风速数值，θ表示声速方向与声传播方向的夹角。

5.根据权利要求4所述的基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于：计算得到声速c随高度h的分布c＝f(h)＝a+bh,a和b为拟合的系数。

6.根据权利要求1所述的基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于：步骤3中，假设每个搜索网格位置r_g存在声源，计算每个网格位置与各接受传声器位置r_mic之间的声波脉冲N次到达时间t_g,m＝[t₁,t₂,...t_N]，据此构建脉冲响应为通过FFT计算得到其传递函数h_gm(f)，构建矢量a_g(f)＝[h_g1(f)…h_gM(f)]；将a_g＝[a_g(f₁)…a_g(f_F)]标记为将各搜索网格位置r_g对应的由F个频点匹配项构成的行矢量。

7.根据权利要求6所述的基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于：步骤5中，根据各接收数据的F个频点的协方差矩阵K(f)和各搜索网格位置r_g对应匹配项a_g(f)，基于模糊函数进行匹配计算，将各频率模糊数值叠加求和得每个搜索网格位置对应的匹配值。

8.根据权利要求7所述的基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于：步骤5中，B≥0.95*B_max对应的搜索网格作为目标范围，B_max表示全部搜索网格的最大匹配值，B表示搜索网格的匹配值。

9.根据权利要求1所述的基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于:步骤3中，匹配库矩阵可离线计算，当风速偏差大于2m/s或温度偏差大于5℃时重新调整声速分布，重新计算匹配库矩阵。

10.一种基于模糊函数匹配的低空声源反演定位装置，其特征在于，包括：

传声器阵列，所述传声器阵列用于采集声音信号；

匹配库矩阵构建单元，所述匹配库矩阵构建单元可执行以下操作：针对搜索范围划分网格，标记各搜索网格位置序号；基于气象参数，计算声速的梯度分布；基于所述声速的梯度分布，计算各搜索网格与传声器阵列的脉冲响应，构建匹配库矩阵；

声源定位单元，所述声源定位单元可执行以下操作：根据所述匹配库矩阵中各搜索网格所对应的数据和传声器阵列接收数据的协方差矩阵，基于模糊函数计算每个搜索网格的匹配值；根据搜索网格的匹配值，确定声源位置；

显示单元，所述显示单元用于将声源定位结果进行显示。