[发明专利]一种水平阵列阵元位置校准方法及系统

权利要求书

1.一种水平阵列阵元位置校准方法，所述方法包括：布设呈一定张角且分时工作的三个校准声源，对水平阵列各阵元接收时域信号进行带通滤波；然后由信号互相关运算得到待校准阵元与参考阵元间的时延估计，通过将阵元间时钟偏移作为未知参数纳入阵形校准模型，再结合校准声源与参考阵元位置建立代价函数，最后通过优化算法得到各个阵元相对参考阵元的位置信息，并且实现各阵元时钟的同步一致性校准。

2.根据权利要求1所述的水平阵列阵元位置校准方法，其特征在于，所述方法具体包括：

步骤1：将参考阵元A₁与第i个待校准阵元A_i接收到的时域信号通过傅里叶变换转换得到频域信号

其中，k取值1，2，3分别代表校准声源S₁，S₂，S₃，f为频率，t为时间；下标i表示第i个校准阵元；

步骤2：通过信号互相关运算后峰值最大处对应的时延数来估算任意两个相邻阵元间的信号时延量：

其中，为第u个阵元A_u较第w个阵元A_w接收声源S_k信号的时延估计值，w＝u-1；上标*表示取共轭，f为频率，I为阵元个数，f_L表示选取频段的最低频率，f_H表示选取频段的最高频率，δ为时延；为第w个阵元A_w接收到第k个校准声源声波的频域信号；为第u个阵元A_u接收到第k个校准声源声波的频域信号；

在高信噪比和信号空间相关较好的理想条件下，通过两两相邻阵元的信号相关来估计时延，第i个阵元相对参考阵元A₁的时延量由累积得到：

步骤3：将时钟偏移变量ΔT_i引入阵形校准方程：

其中，X_k为第k个校准声源的X坐标；Y_k为第k个校准声源的Y坐标；x_i为阵元A_i的X坐标；y_i为阵元A_i的Y坐标；c₀为参考声速，(x_i,y_i,ΔT_i)为未知量，其余均为已知量；

先通过校准声源两两组合消去未知量ΔT_i，以求解未知量(x_i,y_i)，即：

再建立坐标搜索代价函数J₃(x_i,y_i)如下：

步骤4：通过优化搜索得到A_i点坐标估计值：

将得到的A_i点阵元坐标值代回阵形校准方程，得到时钟偏移ΔT_i估计值。

3.根据权利要求1所述的水平阵列阵元位置校准方法，其特征在于，所述优化算法为模拟退火算法。

4.一种水平阵列阵元位置校准系统，所述系统包括：

第一计算模块，用于将参考阵元A₁与待校准阵元A_i接收到的时域信号，通过傅里叶变换转换得到频域；

第二计算模块，用于计算第i个阵元相对参考阵元A₁的时延量；

第三计算模块，用于建立坐标搜索代价函数；

第四计算模块，用于通过优化搜索得到A_i点坐标估计值。

5.根据权利要求4所述的水平阵列阵元位置校准系统，其特征在于，所述优化搜索为模拟退火算法。

6.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3中任一项所述的方法。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1至3任一项所述的方法。