[发明专利]一种声源成像方法、系统、设备及存储介质

说明书

本发明涉及声学成像技术领域，尤其涉及一种声源成像方法、系统、设备及存储介质，包括：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。本发明通过二维稀疏贝叶斯学习压缩波束形成方法求解声源成像问题模型，能够准确地估计声源强度，且具有方法简单、计算效率高、精度高等优点。

技术领域

本发明涉及声学成像技术领域，尤其涉及一种声源成像方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

基于平面传声器阵列的二维压缩波束形成声源成像方法因其具有成像空间范围广、对相干和不相干声源均适用且成像清晰等优点备受关注，其通过建立并求解传声器测量声压与目标区域离散化网格点源强间的欠定方程组实现声源成像，凸松弛算法和贪婪算法常被用于求解上述欠定方程组。

然而，基于凸松弛算法的声源成像方法需严格满足约束等距条件且计算复杂度大、计算速度慢，对于大规模问题不适用；而基于贪婪算法的声源成像方法则可能获得局部最优解而非全局最优解，且其易受感知矩阵列相干性影响，性能对网格间距敏感。

发明内容

本发明的目的在于提供一种声源成像方法、系统、设备及存储介质，以同时兼顾声源成像性能稳健性和高计算效率，使其可以适用于大规模问题。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种声源成像方法、系统、设备及存储介质。

第一方面，本发明提供了一种声源成像方法，所述方法包括以下步骤：

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。

在进一步的实施方案中，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一致，建立声源成像问题模型。

在进一步的实施方案中，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。

在进一步的实施方案中，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：