[发明专利]一种双面四元十字阵的被动声定位融合算法在审

专利信息
申请号: 201810762152.3 申请日: 2018-07-12
公开(公告)号: CN109100685A 公开(公告)日: 2018-12-28
发明(设计)人: 行鸿彦;杨旭 申请(专利权)人: 南京信息工程大学
主分类号: G01S5/30 分类号: G01S5/30
代理公司: 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 代理人: 向文
地址: 210044 江苏*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 被动声 融合算法 传声器阵列 计算公式 声源方位 四元传声器 测量方位 定位原理 加权系数 目标声源 声源定位 引入 俯仰角 平面阵 球坐标 中平面 推导 声源 正弦 模糊 研究
【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,di1=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>>di1,di1=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。

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