[发明专利]一种基于拓扑阵列的声源定位方法及系统

权利要求书

1.一种基于拓扑阵列的声源定位方法，其特征在于，所述方法包括：

采集构成拓扑螺旋结构声学传感器阵列的各组成阵元的原始声压数据，所述拓扑螺旋结构声学传感器阵列包括m×n个所述组成阵元，m表示螺旋线的条数，n表示每条螺旋线上所述组成阵元的个数，其中m＝2^k，k表示拓扑荷数，k＝0,1,2,3,4，n≥3；

对所述原始声压数据进行预处理，得到信号源声压数据；

基于所述信号源声压数据，计算所述各组成阵元之间的信号关联性，并确定目标声源的位置，得到声场强度分布图。

2.根据权利要求1所述的基于拓扑阵列的声源定位方法，其特征在于，所述拓扑螺旋结构包括对数螺线、阿基米德螺线和双曲螺线中的任意一种。

3.根据权利要求1至2中任意一项所述的基于拓扑阵列的声源定位方法，其特征在于，所述声学传感器阵列通过如下步骤构建：

基于螺旋线方程和所述组成阵元到阵列中心参考点的距离范围[r₁,r₂]，确定极角范围[θ₁,θ₂]，其中θ₁表示初始极角，θ₂表示终止极角；

基于每条螺旋线上所述组成阵元的个数n和所述极角范围[θ₁,θ₂]，将各所述组成阵元以均匀极角间隔布置在所述螺旋线上，并基于所述螺旋线的条数m，确定阵列相邻螺旋线起始位置的极角增量2π/m以及所有螺旋线上所述组成阵元的位置。

4.根据权利要求1所述的基于拓扑阵列的声源定位方法，其特征在于，所述对所述原始声压数据进行预处理，得到信号源声压数据，包括：

利用一阶高通非递归型数字滤波器，对所述原始声压数据进行计算得到预加重数据；

对所述预加重数据进行连续交叠分段处理，得到分帧加窗数据；

对所述分帧加窗数据进行傅里叶变换，得到所述信号源声压数据。

5.根据权利要求1所述的基于拓扑阵列的声源定位方法，其特征在于，所述计算所述各组成阵元之间的信号关联性包括计算所述各组成阵元接收信号的互相关函数

其中，表示组成阵元1,2信号的相关谱，X₁表示第1路目标声源信号的当前帧，X₂表示第2路目标声源信号的当前帧，f表示第1路目标声源信号和第2路目标声源信号之间的时间延迟，φ(f)表示权函数，表示广义相关谱。

6.根据权利要求1所述的基于拓扑阵列的声源定位方法，其特征在于，所述计算所述各组成阵元之间的信号关联性包括计算所述各组成阵元接收信号的空间谱P(θ)，

其中，α(θ)表示小特征值对应的特征向量，E_N表示噪声子空间的单位方向向量，θ表示方位角，-90°≤θ≤90°，N表示声源个数。

7.根据权利要求1所述的基于拓扑阵列的声源定位方法，其特征在于，所述计算所述各组成阵元之间的信号关联性包括基于所述各组成阵元信号加权滤波形成的波束，求解确定所述波束最大输出功率的值所对应的位置。

8.根据权利要求1所述的基于拓扑阵列的声源定位方法，其特征在于，所述声学传感器阵列的中心还设置有光学传感器，所述光学传感器的中心与所述声学传感器阵列的中心同轴，所述方法还包括：

利用所述光学传感器采集待测区域图像；

在所述待测区域图像上叠加所述声场强度分布图，生成声学成像图。

9.一种基于拓扑阵列的声源定位系统，其特征在于，所述系统包括：

第一采集模块，配置用于采集构成拓扑螺旋结构声学传感器阵列的各组成阵元的原始声压数据，所述拓扑螺旋结构声学传感器阵列包括m×n个所述组成阵元，m表示螺旋线的条数，n表示每条螺旋线上所述组成阵元的个数，其中m＝2^k，k表示拓扑荷数，k＝0,1,2,3,4，n≥3；

预处理模块，配置用于对所述原始声压数据进行预处理，得到信号源声压数据；

定位模块，配置用于基于所述信号源声压数据，计算所述各组成阵元之间的信号关联性，并确定目标声源的位置，得到声场强度分布图。