[发明专利]一种基于实心球阵列的全方位等效源声源识别方法

说明书

本发明公开了一种基于实心球阵列的全方位等效源声源识别方法，它包括步骤1、获取实心球阵列测量的声场辐射总声压；步骤2、基于迭代加权算法计算等效源强度q；求解式为：式中，W为加权矩阵，是对角元素非零的可逆矩阵；λ为正则化参数；步骤3、重建任意位置声压。发明的优点是：在中低频且大测量距离下具有优异的声源定位精度和声场重建性能。

技术领域

本发明属于声场识别技术领域，具体涉及一种实心球阵列的球面等效源声源识别方法。

背景技术

基于实心球阵列的球面等效源方法(Spherical Equivalent Source Method，S-ESM)是一种新的全方位声场重建与声源识别算法。传统S-ESM采用标准Tikhonov正则化技术求解，然而，因受限于Nyquist采样定理以及Tikhonov正则化的局限性和正则化参数的非稳定性，其重建精度仅在中低频且小测量距离时可以接受。

基于最快速下降迭代(Steepest Descent Iteration，SDI)求解的球面阵等效源(SDI-based S-ESM，简称SDI)，实现了较佳的中高频重建性能，拓宽了S-ESM在声源识别领域的适用距离，但受限于最快速下降迭代求解的固有缺陷，SDI在低频且大测量距离时声场重建与声源识别性能欠佳。

发明内容

针对SDI技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于实心球阵列的全方位等效源声源识别方法，它能提高在低频且大测量距离下的声场重建与声源识别性能。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：

步骤1、获取实心球阵列测量的声场辐射总声压

实心球阵列表面(a,Ω)处任一点的声场辐射总声压表达式为：

式中，Ω≡(θ,φ)，θ与φ分别为仰角和方位角，a为阵列半径；ρ为密度，Q为体积速度，k为波数，n和m分别为球谐函数的次和阶，r₀＝(r₀,Ω₀)为点声源的位置，r₀表示声源距离阵列中心的距离，表示声源位置的仰角及方位角，h_n(·)表示第一类球汉克尔函数，h_n′(·)为h_n(·)的导数，为球谐函数，(·)^*表示复共轭；

球阵列表面麦克风的测量声场辐射总声压写成矩阵式：

p_t＝G_Nq

式中，p_t为L×1阶球阵列表面麦克风声压列向量，q为S×1阶等效源强度列向量，各元素分别对应于jωρQ_s；L为实心球阵列表面的麦克风数，S为等效源球面的单极子点声源个数；G_N为麦克风与等效源之间的L×S阶诺依曼格林函数矩阵，

式中r_e＝(r_e,Ω_e)表示等效源的位置，r为三维空间任一观测点与原点的距离；

步骤2、基于迭代加权算法计算等效源强度

步骤1的矩阵式的求解为：

式中，W为加权矩阵，是对角元素非零的可逆矩阵；λ为正则化参数，||·||₂为l₂范数；

初始化

式中，r_e,s表示第s个等效源与坐标原点的距离，s＝1,2…S

求等效源强度q的迭代过程为：