实心球阵列三维声源识别的快速反卷积方法
专利类型：发明专利
语 言：中文
申 请 号：CN201610878276.9
申 请 日：20161008
申 请 人：重庆大学
申请人地址：400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
公 开 日：20170308
公 开 号：CN106483503A
代 理 人：唐开平
代理机构：重庆大学专利中心 50201
摘 要：本发明公开了一种实心球阵列三维声源识别的快速反卷积方法,包括以下步骤：步骤1、利用声压输出公式计算各个聚焦网格点的声压输出量；步骤2、利用计算得到的各点输出量构造输出矩阵；步骤3、利用PSF函数计算中心聚焦点处声源的PSF矩阵步骤4、迭代求解声源强度分布矩阵本发明在步骤4利用空间转移不变的性质,无需计算庞大的A矩阵,仅计算小维数矩阵由变形得对进行傅里叶变换,基于FFT加速,使计算时间大幅度缩短,提高了计算效率,并且能够保持较好的空间分辨率,准确定位各声源。
主 权 项：实心球阵列三维声源识别的快速反卷积方法,其特征是,包括以下步骤：步骤1、利用下面公式计算各个聚焦网格点的声压输出量 W(krf,Ωf) =Σn =0NΣm =-nnΣn′ =0NΣm′ =-n′n′αT(CoYnn′mm′)α*Ynm(Ωf)Rn(krf,ka)(Yn′m′(Ωf)Rn′(krf,ka))*式中,三维空间内任意位置用(r,Ω)表示,r表示所描述位置与原点间的距离,Ω＝(θ,φ)表示所描述位置的方向,θ为所描述位置的仰角、φ为所描述位置的方位角；式中,(rf,Ωf)为聚焦点的位置坐标；k＝2πf/c为声波的波数,f为声波频率,c为声速；α＝[α1,α2,Λ,αq,Λ,αQ]T为传声器计权系数组成的列向量；上标“T”和“*”分别表示转置运算和共轭运算；n、m、n'、m'均为球谐函数阶次,N为球谐函数阶次的截断长度；均为Ωf方向的球谐函数；Rn(krf,ka)、Rn'(krf,ka)均为聚焦径向函数；为各传声器球谐函数的互谱矩阵；C为互谱矩阵；“ο”表示Hadamard积运算；步骤2、利用计算得到的各点输出量构造矩阵记gθ＝1,2,Λ,Gθ、gφ＝1,2,Λ,Gφ分别为聚焦点在仰角、方位角方向的索引,也即行、列索引,Gθ为聚焦点在仰角方向的索引最大值、Gφ为聚焦点方位角方向的索引最大值G＝GθGφ为聚焦点总数。则利用步骤1计算得到的各点输出量构造出Gθ×Gφ维SHB输出矩阵步骤3、利用PSF函数计算中心聚焦点处声源的PSF矩阵PSF函数定义为声源识别算法对单位强度单极子点声源的响应,实心球SHB的PSF函数为： psf((krf,Ωf)|(kr0,Ω0)) =Σn =0NΣm =-nnΣn′ =0NΣm′ =-n′n′αT((t(kr0,Ω0)tH(kr0,Ω0))oYnn′mm′)α*Ynm(Ωf)Rn(krf,ka)(Yn′m′(Ωf)Rn′(krf,ka))*式中,t(kr0,Ω0)＝[t1(kr0,Ω0),t2(kr0,Ω0),Λ,tq(kr0,Ω0),Λ,tQ(kr0,Ω0)]T为声场传递函数列向量；上标“H”表示转置共轭运算；令tq(kr0,Ω0)表示声源到q号传声器的声场传递函数,根据散射理论, tq(kr0,Ω0)≡Σn =0∞Σm =-nnRn(kr0,ka)Ynm*(Ω0)Ynm(Ωq)式中,为Ω0方向的球谐函数,为Ωq方向的球谐函数,Rn(kr0,ka)为声信号传播径向函数；实际应用中,用截断长度N替代式中的∞来计算PSF；记为中心聚焦点处声源的PSF矩阵,即： A~ =psf11psf12psf13Λpsf1gφΛpsf1(Gφ-1)psf1Gφpsf21psf22psf23Λpsf2gφΛpsf2(Gφ-1)psf2GφMMMΛMΛMMpsfgθ1psfgθ2psfgθ3ΛpsfgθgφΛpsfgθ(Gφ-1)psfgθGφMMMΛMΛMMpsf(Gθ-1)1psf(Gθ-1)2psf(Gθ-1)3Λpsf(Gθ-1)gφΛpsf(Gθ-1)(Gφ-1)psf(Gθ-1)Gφpsfgθ1psfgθ2psfgθ3ΛpsfGθgφΛpsfGθ(Gφ-1)psfGθGφ式中,θmin为聚焦声源面的最小仰角,Δθ、Δφ分别为仰角和方位角间隔步骤,Ωc＝(θc,φc)为中心聚焦点的方向；步骤4、初始化声源强度分布矩阵设定迭代次数L,迭代求解利用第l次迭代结果进行第l+1次迭代求解的步骤如下：步骤1)、计算残差矩阵：式中,均为Gθ×Gφ维矩阵,由中元素向上、向左分别移动gθc#1、gφc#1位获得,gθc、gφc为中心聚焦点的行、列索引,“F”、“F#1”分别表示二维傅里叶正、逆变换；步骤2)、计算矩阵： β~(l) =-F-1(F(r~e(l))o(F(A~C))*)步骤3)、获得矩阵式中,β(l)(kr0,Ω0)、分别为的元素,S(l)(kr0,Ω0)为的元素；步骤4)、计算辅助矩阵：步骤5)、计算步长：式中,g(l)、分别为中元素形成的向量,“·”表示内积运算；步骤6)、确定声源强度分布矩阵：式中,“Ρ+(·)”表示用0替代括号内矩阵的负元素。
关 键 词：
法律状态：
IPC专利分类号：G01S5/18