[发明专利]实心球阵列三维声源识别的函数型延迟求和方法

摘要

本发明公开实心球阵列三维声源识别的函数型延迟求和方法。建立的新型FDAS声源识别方法。在识别三维空间内不相干声源时，本发明为快速获得干净的声源成像图提供了有效途径，对声源识别结果的准确分析具有重要意义。

主权项

实心球阵列三维声源识别的函数型延迟求和方法，其特征在于:1)构建测量系统：一个处于三维空间内的实心球阵列；所述实心球阵列包括一个半径为a的实心球，以及分布在所述实心球表面的Q个传声器；这些传声器的编号为q，q＝1,2,…,Q；所述实心球的球心作为原点，实心球阵列所处的三维空间内任意一点的位置坐标用(r,Ω)描述，r表示所描述位置与原点间的距离，表示所描述位置的方向，θ、分别为其仰角、方位角；(a,Ω_q)为q号传声器的位置坐标；2)获取声压各个传声器接收声压信号p(ka,Ω_q)；其中，波数k＝2πf/c，声波频率为f，声速为c，(a,Ω_q)为q号传声器的位置坐标；3)通过各个传声器接收声压信号，得到互谱矩阵C：$C=\stackrel{\‾}{{\mathrm{pp}}^H},$其中：B表示所有声源位置坐标组成的集合，(r₀,Ω₀)和(r₀',Ω₀')均表示声源的位置坐标，$p={\mathrm{\Σ}}_{(r_0,{\mathrm{\Ω}}_0)\∈B}s({\mathrm{kr}}_0,{\mathrm{\Ω}}_0)t({\mathrm{kr}}_0,{\mathrm{\Ω}}_0),$s(kr₀,Ω₀)表示声源的强度，t(kr₀,Ω₀)＝[t₁(kr₀,Ω₀),t₂(kr₀,Ω₀),…,t_Q(kr₀,Ω₀)]^T，t_q(kr₀,Ω₀)表示声源到q号传声器的声场传递函数，$t_q({\mathrm{kr}}_0,{\mathrm{\Ω}}_0)\≡\underset{n=0}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\underset{m=-n}{\overset{n}{\Σ}}{R}_n({\mathrm{kr}}_0,ka)Y_n^{m*}\left({\mathrm{\Ω}}_0\right)Y_n^m\left({\mathrm{\Ω}}_q\right),$分别为Ω₀、Ω_q方向的球谐函数，n、m为球谐函数的阶次，上标“‑”、“H”分别表示平均运算和转置共轭运算；4)确定各个频率对应的球谐函数阶次截断长度：表示将数值向正无穷方向圆整到最近的整数；5)将互谱矩阵C和球谐函数阶次截断长度N代入：$W_F({\mathrm{kr}}_f,{\mathrm{\Ω}}_f)=P_{AC}({\mathrm{kr}}_0,{\mathrm{\Ω}}_0){\left(\frac{v^H({\mathrm{kr}}_f,{\mathrm{\Ω}}_f)t({\mathrm{kr}}_0,{\mathrm{\Ω}}_0)t^H({\mathrm{kr}}_0,{\mathrm{\Ω}}_0)v({\mathrm{kr}}_f,{\mathrm{\Ω}}_f)}{\left|\right|v({\mathrm{kr}}_f,{\mathrm{\Ω}}_f)\left|{|}_2^2\right|\left|t({\mathrm{kr}}_0,{\mathrm{\Ω}}_0)\right|{|}_2^2}\right)}^{\mathrm{\ξ}}---\left(I\right)$其中：P_AC(kr₀,Ω₀)为互谱矩阵C的迹，(r_f,Ω_f)为聚焦点的位置坐标，v(kr_f,Ω_f)＝[v₁(kr_f,Ω_f),v₂(kr_f,Ω_f),…,v_Q(kr_f,Ω_f)]^T，v_q(kr_f,Ω_f)表示q号传声器的聚焦分量，ξ为指数参数，上标“T”表示转置运算；6)根据W_F(kr_f,Ω_f)即能定位声源位置并且能绘制声源成像图实现三维声场可视化。