[发明专利]一种低信噪比条件下基于自适应压缩感知的波束成形方法

说明书

本申请属于波束成形方法技术领域，尤其涉及一种低信噪比条件下基于自适应压缩感知的波束成形方法。包括如下步骤：基于声阵列获取声场声压数据的步骤；计算声压互谱矩阵的步骤；计算点传播函数的步骤；原信号重构的步骤；本申请的低信噪比条件下基于自适应压缩感知的波束成形方法，与常规波束形成法(CBF)、基于正交匹配追踪方法的反卷积波束成形法(OMP‑DAMAS)相比，在低信噪比条件下对声源定位效果较好，具备较强的抗干扰能力，可作为低信噪比条件下进行声源定位的一种有效补充方法。

技术领域

本申请属于波束成形方法技术领域，尤其涉及一种低信噪比条件下基于自适应压缩感知的波束成形方法。

背景技术

波束成形是基于传声器阵列测量的噪声源识别技术的一种，其本质是一种空间滤波技术，波束成形的思想首先将声源面离散化形成聚焦网格，再运用波束成形方法对声阵列采集到的声场数据进行声源面的聚焦重构，最后通过加强声源所在聚焦点的输出能量的方式来实现声源定位。但在实际应用或者工程实际中，目标声源信号常受到环境噪声信号的干扰，甚至被湮没于其中，导致目标声源信号信息难以被测量和提取，从而影响对目标声源的定位及成像，导致波束成形方法效果不好，影响后续处理工作的进行。

发明内容

本申请的目的在于，提出一种与压缩感知相结合的改进波束成形方法，基于自适应和回溯思想，优化现有方案使得压缩感知重构方法运算速度更快且不依赖于稀疏度K值，而后将其与反卷积波束成形法结合，实现更好的定位效果，更强的抗干扰能力。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案。

一种低信噪比条件下基于自适应压缩感知的波束成形方法，包括如下步骤：

步骤A、基于声阵列获取声场声压数据的步骤；

具体是指，在测量平面S_h利用按规则排布的M元传声器阵列，获取含有声源点且呈稀疏分布的声源面S_s；将声源面S_s被均分为R个区域，包括N个存在声源的区域；

则规则分布的M元传声器阵列接受到的声压信号稀疏表示为：

X(t)＝A·S(t)+N(t)；

式中，在某时刻t，X(t)表示M×1维阵列接收信号；A是声源与传声器阵列间的M×N维传递矩阵；S(t)表示N×1维声源信号；N(t)表示M×1维噪声信号；

将声源面划分出的每一聚焦点均视作一个潜在声源，则测量面上获得的声压即为单个声源源强与传递矩阵的乘积之和，数学表达式记作：p＝Gq；

式中：p表示阵列测量面获得的声压，M×1维；G表示声源面与阵列测量面之间的传递矩阵，M×N维；q表示声源源强，N×1维；且

式中，g_mn表示第n个聚焦点与第m个阵元之间的距离，r_n表示第n个聚焦点与坐标原点之间的距离；

步骤B、计算声压互谱矩阵的步骤；

声压互谱矩阵C表达式为：C＝pp^H＝Gqq^HG^H；当声源为非相干声源，则对qq^H中的非对角线元素进行简化，qq^H简化为声压互谱矩阵C表达式为进一步表示为：式中：g_n为传递矩阵G中的对应列向量；

步骤C、计算点传播函数的步骤；

基于互谱函数的传统波束成形输出结果b＝ω^HCω＝ω^Hpp^Hω；