[发明专利]一种基于正交匹配追踪算法的声源定位方法

权利要求书

1.一种基于正交匹配追踪算法的声源定位方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、在J个声源辐射形成的声场中布置M个传感器；M个传感器形成传感器阵列，称为测量面W；采集各个传感器处的声压数据；

2)、离散声源计算平面形成一个网格面，称为聚焦面T；聚焦面T包含N个网格点，每个网格点也称为聚焦点；

将每个聚焦点作为潜在声源点，构造未知声源源强q，其中：

q＝[q(r₁),q(r₂),…q(r_n)]

式中，r_n表示聚焦面T上第n个聚焦点的坐标向量，n＝1,2,3,…N；

根据自由场格林函数建立聚焦面各网格节点与麦克风阵列之间的传递矩阵G，公式如下：

式中，j为虚数单位，f为声源频率，c为声速，d_mn为第n个聚焦点到第m个麦克风之间的距离，m＝1,2,3,…M；

3)、利用传递矩阵G,建立声源源强向量q与麦克风阵列声压测量值p之间的关系：

p＝Gq+e

式中，p＝[p(r₁),p(r₂),…p(r_m)]，r_m表示测量面W上第m个测量点的坐标向量，e为测量声压数据中包含的噪声项；

4)、通过正交匹配追踪算法对声源识别模型进行求解，通过以下子步骤，获得聚焦面各网格点的声源源强q：

(a)、初始化残差r₀＝p，支撑集为空集，迭代次数k＝1；

(b)、对传递矩阵G进行奇异值分解，计算最优正则化参数λ，采用Tikhonov正则化方法求解声源源强向量的粗略解F；

(c)、将声源源强的粗略解F作为先验信息指导原子筛选，按照下式找出F中最大元素所在位置：

然后通过下式更新索引集Γ_k：

Γ_k＝Γ_k-1∪i_k

其中Γ_k-1为前一次迭代索引集，i_k为F中最大元素所在位置的索引值；

(d)、利用索引集Γ_k从传递矩阵G中筛选出相应的原子组成支撑集矩阵并求解声源源强向量表示矩阵的转置；

(e)、通过下式更新残差：

(f)、迭代次数k＝k+1，如果满足终止条件k＝K，K为迭代次，则停止迭代，输出声源源强向量最终解否则，转回到步骤(b)；

5)、依据求解获得的各网格点的声源源强q的模进行声源的识别与定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于正交匹配追踪声源定位方法，其特征在于：所述4)步骤中，正则化参数λ和先验信息F的计算过程步骤如下：

步骤1、对所述的传递矩阵G进行奇异值分解：

式中，对角阵Σ＝diag(σ₁,σ₂,σ₃,…,σ_N)，其对角元素为奇异值σ_i，且满足σ₁≥σ₂≥…≥σ_N＞0，U和V均为相互正交的酉矩阵，u_i和v_i分别是U和V的列向量，V^II表示酉矩阵V的共轭转置，表示向量v_i的共轭转置；

步骤2、利用广义交叉验证法计算正则化参数λ；

步骤3、利用Tikhonov正则化方法，以下式计算先验信息F：

其中，表示向量u_i的共轭转置。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于正交匹配追踪声源定位方法，其特征在于：所述步骤1)中，传感器的数量M大于声场中潜在的声源个数J。

4.根据权利要求3所述的一种基于正交匹配追踪声源定位方法，其特征在于：所述传感器为传声器。