[发明专利]一种声源成像方法、系统、设备及存储介质

权利要求书

1.一种声源成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

以由若干传声器组成的平面阵列的中心为原点建立笛卡尔坐标系，得到平面传声器阵列测量模型；

将所述平面传声器阵列测量模型中的目标声源区域划分为若干个固定网格点，并建立声源成像问题模型；

利用预先建立的二维稀疏贝叶斯学习压缩波束形成方法求解所述声源成像问题模型，得到波束形成的功率输出。

2.如权利要求1所述的一种声源成像方法，其特征在于，所述将所述平面传声器阵列测量模型中的目标声源区域划分为若干个固定网格点，并建立声源成像问题模型的步骤包括：

压缩波束形成将平面传声器阵列测量模型中的目标声源区域沿声源仰角和声源方位角两个方向，以预设间隔离散为若干个固定网格点，且所述固定网格点的数量大于传声器的数量；

假设声源位置估计与固定网格点重合，建立声源成像问题模型。

3.如权利要求2所述的一种声源成像方法，其特征在于，所述声源成像问题模型具体为：

P^★＝A(Ω_G)*S+N

式中，P^★∈C^Q×L为平面传声器阵列中Q个传声器在所有L个快拍下的测量声压信号构成的矩阵；A(Ω_G)＝[a(θ_G1,φ_G1),…,a(θ_Gg,φ_Gg),...,a(θ_GG,φ_GG)]∈C^Q×G为感知矩阵，其中，a(θ_Gg,φ_Gg)为第g个固定网格点与所有传声器之间的传递函数，θ为声源入射方向与z轴的夹角，φ为声源入射方向在xoy平面上的投影与x轴的夹角；为所有快拍下声源源强分布矢量构成的源强矩阵，其中，s_g为第g个固定网格点的所有快拍下的源强构成的源强分布矢量；N∈C^Q×L为测量噪声干扰信号构成的噪声矩阵，C为复数集，L为快拍总数。

4.如权利要求3所述的一种声源成像方法，其特征在于，所述利用预先建立的二维稀疏贝叶斯学习压缩波束形成方法求解所述声源成像问题模型，得到波束形成的功率输出包括：

假设所述源强矩阵满足复高斯分布，建立源强矩阵先验分布模型和噪声先验模型；

基于全概率公式，根据所述源强矩阵先验分布模型和所述噪声先验模型得到测量声压向量分布；

基于第二类极大似然估计，根据所述测量声压向量分布得到超参数估计目标函数；

对所述超参数估计目标函数微分逐步更新迭代，得到迭代过程中声源位置估计处的声源能量估计；

若噪声信息已知，则得到波束形成的功率输出；若噪声信息未知，则通过迭代计算噪声估计方差，直至达到预定的收敛条件，则停止迭代。

5.如权利要求4所述的一种声源成像方法，其特征在于，所述超参数估计目标函数具体为：

式中，σ_Sg为源强矩阵的第g个元素的方差；p(P^★)为测量声压向量的分布；tr(·)为矩阵的迹；det(·)为矩阵的行列式；Σ_P∈C^Q×Q为传声器声压P^★的协方差矩阵。

6.如权利要求1所述的一种声源成像方法，其特征在于，所述方法还包括：利用所述二维稀疏贝叶斯学习压缩波束形成方法进行声源成像性能仿真分析。

7.一种声源成像系统，其特征在于，所述系统包括：

测量模型建立模块，用于以由若干传声器组成的平面阵列的中心为原点建立笛卡尔坐标系，得到平面传声器阵列测量模型；

成像问题建立模块，用于将所述平面传声器阵列测量模型中的目标声源区域划分为若干个固定网格点，并建立声源成像问题模型；

成像问题求解模块，用于利用预先建立的二维稀疏贝叶斯学习压缩波束形成方法求解所述声源成像问题模型，得到波束形成的功率输出。