[发明专利]一种双面四元十字阵的被动声定位融合算法

权利要求书

1.一种双面四元十字阵的被动声定位融合算法，其特征在于：包括如下步骤：

1)建立双面四元十字阵传声器阵列模型；

2)根据被动声定位原理，推导单一四元十字阵的声源方位计算公式；

3)根据双面四元十字阵传声器阵列模型中平面内的俯仰角正弦值引入声源方位计算公式设计加权系数；

4)引入双面四元十字阵被动声定位融合算法计算出最终声源球坐标。

2.根据权利要求1所述的一种双面四元十字阵的被动声定位融合算法，其特征在于：所述步骤1中建立的双面四元十字阵传声器阵列模型具体如下：

该阵列由6个传声器组成，S1、S2、S3、S4、S5、S6分别表示这6个传声器，建立X-Y-Z笛卡尔三维坐标系，以X-Y-0平面内的3个传声器S2、S3、S4与S1构成第一个四元十字阵，以X-O-Z平面内的3个传声器S3、S5、S6与S1构成第二个四元十字阵，两个四元十字阵都以S1为基准传声器，声源A传播到S2、S3、S4、S5、S6与S1的时延值分别为τ₂₁、τ₃₁、τ₄₁、τ₅₁、τ₆₁。设6个传声器与坐标原点(O，0，0)之间的距离，即阵元轴间距都是d，则每个传声器的坐标可表示为:S1(d/2，0，0)、S2(0，d/2，0)、S3(-d/2，0，0)、S4(0，-d/2，0)、S5(0，0，d/2)、S6(0，0，-d/2)。声源A在笛卡尔坐标系下的坐标为A(x，y，z)，在球坐标系下的坐标为A(r，θ，φ)。声源A与坐标原点之间的距离为r，A在X-Y-0平面上的投影点为A'，俯仰角AOZ为θ，方位角A'OX为φ，目标声源A产生的是以球面波形式传播的声波，传播速度为c，由此得出五组声程差分别为：d₂₁，d₃₁，d₄₁，d₅₁，d₆₁，d_i1＝c*τi1，i＝2，3，4，5。

3.根据权利要求2所述的一种双面四元十字阵的被动声定位融合算法，其特征在于：所述步骤2中分别包括如下两个步骤：

2.1)推导出第一个基于X-Y-0平面四元十字阵声源A的球坐标计算公式；

2.2)推导出第二个基于X-0-Z平面四元十字阵声源A的球坐标计算公式。

4.根据权利要求3所述的一种双面四元十字阵的被动声定位融合算法，其特征在于：所述步骤2.1的具体实现方法为：基于笛卡尔三维坐标系，利用X-Y-0平面内的3个传声器S2、S3、S4与S1构成第一个单面四元十字阵，设在X-Y-0平面的四元十字阵内声源直角坐标有关参数为：A₀(x₀，y₀，r₀)，球坐标为A₀(r₀，θ₀，φ₀)，通过几何关系，利用声源A与传声器S1、S2、S3、S4的距离公式，推导出第一个单面四元十字阵中A₀(x₀，y₀，r₀)的计算公式如下:

其中，x₀，y₀和r₀的取值只与声程差d₂₁，d₃₁，d₄₁和阵元轴间距d有关，可得出：

结合式(1)、(2)，且r₀＞＞d_i1，d_i1＝c*τi1，i＝2，3，4，可推导得出第一个单面四元十字阵中A₀(r₀，θ₀，φ₀)的计算公式为：

从式(3)中可以得到，在阵元轴间距d和声速c取值一定时，声源与坐标原点之间的距离r₀、俯仰角θ₀和方位角φ₀的取值仅与时延值τ₂₁、τ₃₁、τ₄₁有关，确定时延值，等同于确定目标声源方位。