[发明专利]一种低频多点异面声源3D成像方法

说明书

本发明公开了一种低频多点异面声源3D成像方法，运用3D球形阵列进行非同步测量：提出一种特定的凸柱面移动方式；然后，利用多通道麦克风阵列采集信号的“时间‑空间‑频率”相关特性，更新能量谱矩阵构造，同时，运用快速的迭代阈值收缩算法来进一步填充的合成的能量谱矩阵；最后，提出柱面非同步测量的多信号分类算法，对多个异面的低频声源能够快速获得3D的点声源成像。本发明提供的方法与现有的声源定向方法不同，此方法属于凸柱面轨迹非同步测量的低频多点异面声源3D成像方法，方法稳定高效，与传统方法相比，由二维成像延展到三维成像、对低频点声源的三维成像，实时性好，简单易行，分辨率高。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种低频多点异面声源3D成像方法。

背景技术

波束形成技术是声成像或重建的一种重要方法，在声源定位和降噪方面得到了广泛的应用，波束形成算法可以描述为同时记录源信号的平面中的所有麦克风，然后通过最大化波束形成器的结果来定位源的位置；

非同步测量(NSM)是一种通过声场顺序扫描实现低频声定位性能的有效方法，有证据表明，通过对移动麦克风阵列的非同步测量，可以提高在二维平面上的声源定位的精度，然而，现有的方法只能在2000Hz以上的频率下进行声源成像；

在噪声源识别与定位中，声源成像研究一般用平面阵列在二维平面中成像，其中非同步测量主要以平面移动为主，二维平面阵列的非同步测量方法序贯移动平面阵列，扫描空间分布的声源，近似获得大孔径及高密度的传声器阵列的测量，再通过传统波束形成算法成像，对声源定位；

目前，3D球形麦克风阵列应用在三维平面成像中，非同步测量的方式依旧延续了平面阵列在远场二维平面成像的方法，采用了水平移动，在一定程度上提高了CBF空间分辨率，但未做出在3D空间中的创新，并且，现有文献还未曾出现过以柱面作为移动轨迹。

发明内容

本发明的目的是提供借用3D球形麦克风阵列构造出基于凸柱面轨迹-3D-非同步测量的方法，在低频(500Hz以下)多点异面处进一步提高了分辨率，便于大范围、远距离的测量的一种低频多点异面声源3D成像方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低频多点异面声源3D成像方法，包括以下步骤：

S01：利用凸柱面公式构成3D球形麦克风阵列移动的轨迹方式，进行凸柱面-3D非同步测量；

S02：常规非同步测量是通过移动单个平面阵列来实现更大、更密集的孔径阵列，凸柱面-3D非同步测量是针对特定的柱面轨迹移动3D球形麦克风阵列，该凸柱面移动轨迹能够显著提径向定位能力、有利于3D空间声源定位；

S03：对采集信号进行预处理，使旁瓣互相抵消，消去高频干扰和漏能，以柱面非同步测量-能量谱矩阵的原理为核心，对柱面非同步测量-能量谱矩阵进行特定构造；

S04：利用柱面非同步测量的多信号分类算法，获得3D低频多点异面声源定位成像结果图，然后，将上凸面与下凸面获得声源位置和实际仿真低频多点异面位置、相对声源幅度作比较。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤S01中，进行声源3D成像方法是利用点排列构造成柱面的非同步测量方法，是一种真实场景中非同步测量方式的改进，凸柱面轨迹公式为：

其中，X表示x轴位移，Y表示y轴位移，R表示半径，h表示柱面高度范围，θ表示角度范围，n是正整数，对于柱面二元一般表达式：

F＝(X+R)²+Y²-R²

下凸面确定公式为：