本發(fā)明涉及空間聲源定位領(lǐng)域，尤其涉及雙層聲陣列結(jié)構(gòu)及其空間聲源定位方法、裝置及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、空間聲源的定位是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。當(dāng)前基于聲傳感器的聲源定位方法主要是構(gòu)建聲傳感器陣列，基于陣列中聲傳感器接收到的聲源信號(hào)的時(shí)間差、相位差等信息實(shí)現(xiàn)對(duì)聲源的定位。現(xiàn)有的方法以構(gòu)建平面聲傳感器圓形或線性陣列為主，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空間聲源的定位，但是平面陣列的局限性，存在計(jì)算空間信息誤差較大的問題。目前應(yīng)用的針對(duì)平面聲傳感器陣列進(jìn)行空間定位的方法主要有music算法、esprit算法等。這些方法各有優(yōu)勢，music算法在超分辨率方面表現(xiàn)更好，但計(jì)算復(fù)雜度較高；而esprit算法在計(jì)算效率上有優(yōu)勢，但在某些情況下可能不如music算法穩(wěn)定，但這些算法目前的應(yīng)用僅在平面陣列中。

2、目前基于聲音傳感器的聲源定位多以平面陣列結(jié)構(gòu)為主，陣列結(jié)構(gòu)大，對(duì)空間聲源的俯仰角的預(yù)測精度偏低；且傳統(tǒng)定位方法對(duì)于空間譜計(jì)算的算法時(shí)間復(fù)雜度較高，無法滿足快速定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了雙層聲陣列結(jié)構(gòu)及其空間聲源定位方法、裝置及設(shè)備。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的空間聲源定位方法，包括：

4、（1）確定雙層聲陣列結(jié)構(gòu)中的基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)各待測空間聲源，基于雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及待測空間聲源的角度信息，求解雙層聲陣列結(jié)構(gòu)中各聲音傳感器相對(duì)于待測空間聲源的路程差；

5、（2）基于雙層聲陣列結(jié)構(gòu)中各聲音傳感器相對(duì)于待測空間聲源的路程差以及各空間聲源的聲信號(hào)波長構(gòu)建陣列流型矩陣；

6、（3）基于陣列流型矩陣構(gòu)建聲音傳感器的接收信號(hào)相關(guān)陣，對(duì)聲音傳感器的接收信號(hào)相關(guān)陣進(jìn)行特征值分解，得到空間譜函數(shù)；

7、（4）基于得到的空間譜函數(shù)得到空間譜圖；

8、（5）基于空間譜圖獲得空間聲源的定位信息。

9、第二方面，本發(fā)明提供雙層聲陣列結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)上述雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的空間聲源定位方法，包括呈上下兩層布置的上層圓形子陣列和下層圓形子陣列，每一個(gè)聲音傳感器看作一個(gè)陣元，上層圓形子陣列和下層圓形子陣列的陣元數(shù)量相同，組成上層圓形子陣列的 n個(gè)陣元均勻排布成半徑為r1的圓形，組成下層圓形子陣列的 n個(gè)陣元均勻排布成半徑為r2的圓形，r1≠r2；上層圓形子陣列、下層圓形子陣列上的陣元交錯(cuò)分布，使得兩個(gè)上層圓形子陣列、下層圓形子陣列在圓周分布上相位相差。

10、進(jìn)一步地，改變陣元的排列和間距能夠改變圓形子陣列的分辨率和精度。

11、第三方面，本發(fā)明提供雙層聲陣列結(jié)構(gòu)空間聲源定位裝置，包括：

12、路程差計(jì)算模塊，用于確定雙層聲陣列結(jié)構(gòu)中的基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)各待測空間聲源，基于雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及待測空間聲源的角度信息，求解雙層聲陣列結(jié)構(gòu)中各聲音傳感器相對(duì)于待測空間聲源的路程差；

13、陣列流型矩陣構(gòu)建模塊，用于基于雙層聲陣列結(jié)構(gòu)中各聲音傳感器相對(duì)于待測空間聲源的路程差以及各空間聲源的聲信號(hào)波長構(gòu)建陣列流型矩陣；

14、空間譜函數(shù)構(gòu)建模塊，用于基于陣列流型矩陣構(gòu)建聲音傳感器的接收信號(hào)相關(guān)陣，對(duì)聲音傳感器的接收信號(hào)相關(guān)陣進(jìn)行特征值分解，得到空間譜函數(shù)；

15、空間譜圖生成模塊，用于基于得到的空間譜函數(shù)得到空間譜圖；

16、定位模塊，用于基于空間譜圖獲得空間聲源的定位信息。

17、第四方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的空間聲源定位方法的步驟。

18、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠產(chǎn)生的技術(shù)效果是：

19、本發(fā)明提供的雙層聲陣列結(jié)構(gòu)及其空間聲源定位方法、裝置及設(shè)備，針對(duì)狹小空間的放置需求，采用緊湊的雙層圓錐陣列結(jié)構(gòu)。通過優(yōu)化陣元的排列和間距，使得陣列能夠在有限的空間內(nèi)提供足夠的分辨率和精度。引入雙層陣列，以提高在俯仰角上的預(yù)測精度。

20、雙層圓錐陣列采用分布式結(jié)構(gòu)，將陣元分布在不同的位置和層面上。這種結(jié)構(gòu)使得每個(gè)陣元都可以獨(dú)立地接收和處理信號(hào)，從而提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。便于擴(kuò)充子陣列以及更換故障子陣列。當(dāng)某個(gè)陣元出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測到該故障，并將該子陣列隔離，以防止故障擴(kuò)散到整個(gè)系統(tǒng)。

21、采用分級(jí)波峰算法來減少算法時(shí)間復(fù)雜度，利用并行計(jì)算技術(shù)或分布式計(jì)算技術(shù)來加速特征值分解過程。

技術(shù)特征：

1.雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的空間聲源定位方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的空間聲源定位方法，其特征在于，所述雙層聲陣列結(jié)構(gòu)包括呈上下兩層布置的上層圓形子陣列和下層圓形子陣列，每一個(gè)聲音傳感器看作一個(gè)陣元，上層圓形子陣列和下層圓形子陣列的陣元數(shù)量相同，組成上層圓形子陣列的n個(gè)陣元均勻排布成半徑為r1的圓形，組成下層圓形子陣列的n個(gè)陣元均勻排布成半徑為r2的圓形，r1≠r2；上層圓形子陣列、下層圓形子陣列上的陣元交錯(cuò)分布，使得兩個(gè)上層圓形子陣列、下層圓形子陣列在圓周分布上相位相差。

3.如權(quán)利要求2所述的雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的空間聲源定位方法，其特征在于，所述步驟（1）包括：

4.如權(quán)利要求1所述的雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的空間聲源定位方法，其特征在于，所述步驟（2）包括：

5.如權(quán)利要求1所述的雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的空間聲源定位方法，其特征在于，所述步驟（3）包括：

6.如權(quán)利要求1所述的雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的空間聲源定位方法，其特征在于，所述步驟（4）中采用分級(jí)波峰搜索法遍歷角度，基于得到的空間譜函數(shù)計(jì)算遍歷角度的空間譜功率密度，從而得到空間譜圖。

7.如權(quán)利要求1所述的雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的空間聲源定位方法，其特征在于，所述步驟（5）包括：

8.雙層聲陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的空間聲源定位方法，包括呈上下兩層布置的上層圓形子陣列和下層圓形子陣列，每一個(gè)聲音傳感器看作一個(gè)陣元，上層圓形子陣列和下層圓形子陣列的陣元數(shù)量相同，組成上層圓形子陣列的n個(gè)陣元均勻排布成半徑為r1的圓形，組成下層圓形子陣列的n個(gè)陣元均勻排布成半徑為r2的圓形，r1≠r2；上層圓形子陣列、下層圓形子陣列上的陣元交錯(cuò)分布，使得兩個(gè)上層圓形子陣列、下層圓形子陣列在圓周分布上相位相差。

9.雙層聲陣列結(jié)構(gòu)空間聲源定位裝置，其特征在于，包括：

10.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供的雙層聲陣列結(jié)構(gòu)及其空間聲源定位方法、裝置及設(shè)備，包括確定雙層聲陣列結(jié)構(gòu)中的基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)各待測空間聲源，基于雙層聲陣列結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及待測空間聲源的角度信息，求解雙層聲陣列結(jié)構(gòu)中各聲音傳感器相對(duì)于待測空間聲源的路程差；基于雙層聲陣列結(jié)構(gòu)中各聲音傳感器相對(duì)于待測空間聲源的路程差以及各空間聲源的聲信號(hào)波長構(gòu)建陣列流型矩陣；基于陣列流型矩陣構(gòu)建聲音傳感器的接收信號(hào)相關(guān)陣，對(duì)接收信號(hào)相關(guān)陣進(jìn)行特征值分解，得到空間譜函數(shù)；基于得到的空間譜函數(shù)得到空間譜圖；基于空間譜圖獲得空間聲源的定位信息。本發(fā)明引入雙層陣列，以提高在俯仰角上的預(yù)測精度，并采用分級(jí)波峰算法來減少算法時(shí)間復(fù)雜度。

技術(shù)研發(fā)人員：王偉,楊思涵,彭迅,王楠,邢堃盛,洪華杰,黃杰,王豐,郭子慕,彭思宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2