[发明专利]一种基于可控波束形成的热源定位方法

说明书

本发明涉及一种基于可控波束形成的热源定位方法，该方法介绍了一种基于可控波束形成技术的热源探测和定位的方法，利用红外热感应传感器阵列对于在一定波长范围内的热源信号进行侦测，通过可控波束形成算法处理探测结果，计算空间内热源位置。此方法可广泛应用于消防安全，电气、电子设备检测，军事应用，资源勘探，生物识别等涉及热源定位的领域和工况。具有热源定位计算速度快，定位效率高的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于可控波束形成的热源定位方法，属于基于红外信号处理的热源定位技术领域。

背景技术

波束形成(Beamforming)，也称波束赋形，是一种使用传感器阵列定向发送和接收信号的信号处理技术。波束形成技术通过调整相位阵列的基本单元的参数，也就是对传感器接收到的信号进行处理(例如加权、时延、求和等)，使得某些角度的信号获得相长干涉，而另一些角度的信号获得相消干涉，从而形成信号波束的空间指向性。

波束形成可以应用于对多路麦克风信号进行合并处理，抑制非目标方向的干扰信号，增强目标方向的声音信号，从而实现指向性收音；还可以应用于声源识别，通过对传感器阵列接收到的声音信号(声压或振速的波形)进行延迟、加权和求和，从而使期望信号在同一时间到达波前(wavefront)，此时信号强度在空间上形成一个极大值，此时期望信号所形成的波束指向声源。波束形成既可以用于信号发射端，又可以用于信号接收端。波束形成算法运算速度快，针对平面波计算准确度高。

热源探测广泛涉及到消防安全领域，电气、电子设备检测领域，军事应用领域，资源勘探领域以及生物识别领域，其可靠性和精准度提升将直接或间接助推其涉及领域的生产效率和生产安全的提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于可控波束形成的热源定位方法，用以解决热源定位速度慢，准确度低的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种基于可控波束形成的热源定位方法，建立包括至少两个红外热传感器的红外热传感器阵列，对设定波长范围内的红外信号进行侦测；

对红外热传感器阵列中各个传感器接收到的信号进行加权来调整信号相位，并对加权后的信号进行求和得到红外热传感器阵列的输出信号功率，不断改变加权系数直到输出信号功率达到最大值；

根据输出信号功率最大时的各传感器的加权系数得到各传感器接收到对应红外信号的相位差，根据各传感器的相位差来计算侦测到的设定波长的红外信号的入射角，根据入射角得到发出该设定波长的红外信号的热源的方向。

波束形成技术广泛应用有无线电通信、信号探测领域，具有探测速度快的优势。本发明将其引入到热源探测领域，提高了热源探测的效率。

进一步的，所述红外热传感器阵列为均匀线性传感器阵列；红外热传感器阵列的输出表示为：

其中，M为红外热传感器阵列中传感器的数量，w_i(θ)为第i个传感器的加权系数，x_i(t)为第i个传感器接收到的信号，θ为侦测到的设定波长的红外信号的入射角，t为时间，*表示复共轭。

进一步的，红外热传感器阵列的输出信号功率的计算方法为：采用向量来表示各传感器接收到的信号及加权系数，

X(t)＝[x₁(t) x₂(t)… x_M(t)]^T

W(θ)＝[w₁(θ) w₂(θ)... w_M(θ)]^T

其中，X(t)为各传感器接收到的信号的向量形式，W(θ)为各传感器加权系数的向量形式；