[发明专利]一种基于聚焦网格筛选的声学成像和多声源定位方法

权利要求书

1.一种基于聚焦网格筛选的声学成像和多声源定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、建立空间直角坐标系，确定传声器阵列中各传声器的位置、摄像头的位置、声源聚焦平面的位置；所述传声器阵列为L通道的螺旋形阵列，螺旋形阵列所在平面与地面垂直，摄像头置于螺旋形阵列的几何中心位置，以摄像头光心坐标为原点，以垂直于阵列平面往声源方向为z轴建立空间直角坐标系，螺旋形阵列的螺线间距为b，单次旋转弧度为θ，则第l个传声器在空间直角坐标系中的坐标(x_l,y_l,z_l)为：

由于阵列尺寸相对于电力设备与阵列之间的距离不能忽略，因此声源模型设置为近场球面波模型，设定声源聚焦平面为S，聚焦平面网格点的行数和列数分别为P和Q，设定每个聚焦网格的长宽均为res，声源聚焦平面距离阵列平面的距离为d；

S2、将声源聚焦平面S划分为若干个子区域集合D₀，设D₀中的某个子区域为d_ij，其中i和j分别为子区域的行下标和列下标，对D₀中的所有d_ij采用互谱波束形成方法计算声功率分布矩阵，设定阈值γ，筛选出可能存在声源的d_ij集合D₁和不存在声源的d_ij集合D₂，将D₁中的每个d_ij作为新的声源聚焦平面，分别采用DAMAS2方法计算每个d_ij内部网格的声功率分布，将D₂中所有d_ij的内部网格的声功率置0处理，将D₁和D₂中所有d_ij内部网格的声功率分布求并集，得到整个声源聚焦平面S的声功率分布；

所述步骤S2中，划分子区域是指把声源聚焦平面S中的网格点进行等距离划分，设聚焦平面网格点的行数和列数分别为P和Q，则子区域划分的公式如下：

上式中，P'和Q'分别为S中子区域的行数和列数，α是每个子区域中网格点的行数和列数，为了保证划分后每个子区域的大小一致，P、Q和α的设定需要满足：P和Q都能被α整除，P的参考取值范围为100≤P≤1000，Q的参考取值范围为100≤Q≤1000，α的参考取值范围为10≤α≤100；

S3、在D₁中筛选出边缘子区域集合D_e，设D_e中的任意两个子区域分别为d_u和d_v，其中u和v为下标，判断从d_u格点到d_v格点，是否存在所有途径格点都属于D₁集合的最短路径，根据判断结果来确定d_u和d_v的连通性，通过判断D_e中所有d_u d_v组合的连通性情况来确定声源数量，最后利用相机标定参数确定各声源的世界坐标；

所述步骤S3中，边缘子区域的定义是：D₁中的某个子区域d_ij存在相邻的子区域属于D₂，相邻的子区域是指两个子区域的行下标或列下标的差值为1，其中D₁为声源可能存在的子区域集合，D₂为不存在声源的子区域集合；

其中，子区域之间的连通性判断是指：判断子区域d_u到d_v，是否存在最短路径，使得该路径经过的每个格点都属于D₁，如果符合上述要求，则说明d_u和d_v相互连通，否则d_u和d_v不连通，其中d_u和d_v为边缘子区域集合D_e中的任意两个元素，D₁为声源可能存在的子区域集合。