[发明专利]一种分布式阵列的声源定位方法

说明书

本发明公开了一种分布式阵列的声源定位方法，包括S1，当声源从发射方向入射至分布式阵列时，根据阵列中任意一圆环子阵计算圆环子阵基于圆心的谐波系数；S2，利用Graf加法定理将基于圆心的谐波系数变换到基于坐标原点的谐波系数；S3，根据基于坐标原点的谐波系数计算得到圆环子阵的方位角估计结果；S4，对分布式阵列的多个圆环子阵的方位角估计结果进行融合，得到分布式阵列对声源的发射方向的最终估计结果，从而对声源的方向进行定位。本发明DOA估计精度高，计算复杂度低，且分布信息融合速度快。

技术领域

本发明涉及声源定位技术领域，具体涉及一种分布式阵列的声源定位方法。

背景技术

近年来，基于分布式阵列的声源定位方法被广泛关注，尤其是在雷达、声呐和移动通信领域。分布式阵列是由空间散布的多个子阵列构成的阵列系统，能突破单个阵列的孔径限制，具有大尺寸、安装简便的优点，对低频声源定位有好的效果。

基于导向响应功率(steered response power，SRP)的定位方法利用分布式阵列的数据信息实现声源定位，计算量大复杂度高，属于数据级信息融合。基于时延估计(Timeof arrival，TOA)和时延差估计(Time Difference of arrival)的定位方法利用分布式阵列与声源的距离信息实现声源定位，估计时需要很大的信号带宽，属于特征级数据融合。基于方位估计(Direction of Arrival，DOA)的定位方法也属于特征级信息融合，但是它只利用了阵列到声源的方位信息实现声源定位，估计时需要的信号带宽小，计算复杂度低。对于二维平面的低频声源定位问题，基于谐波域的定位算法能将空间信息项(方位角)和频率项(波数)解耦，因而具有更好的估计性能。

现有的一种基于谐波域的多重信号分类算法(Circular Harmonic DomainMultiple Signal Classification，CHD-MUSIC)能通过方位遍历搜索方式实现分布式阵列的高精度声源定位，属于数据级信息融合。实际分布式阵列的阵元数从几十到上百不等，而CHD-MUSIC算法计算复杂度随阵元数量呈指数级上升，算法在实际应用时难度较大。另外，算法不能应用在旋转不变子空间框架(Estimation of Signal Parameters viaRotational Invariance Techniques，ESPRIT)中以减小计算复杂度。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种DOA估计精度高、计算复杂度低、分布信息融合速度快的分布式阵列的声源定位方法。

为实现上述目的，本发明提出了一种分布式阵列的声源定位方法，包括：

S1，当声源从发射方向入射至分布式阵列时，根据阵列中任意一圆环子阵计算所述圆环子阵基于圆心的谐波系数；

S2，利用Graf加法定理将所述基于圆心的谐波系数变换到基于坐标原点的谐波系数；

S3，根据所述基于坐标原点的谐波系数计算得到所述圆环子阵的方位角估计结果；

S4，对分布式阵列的多个圆环子阵的方位角估计结果进行融合，得到分布式阵列对声源的发射方向的最终估计结果，从而对声源的方向进行定位。

在一优选实施例中，所述S1包括：

S11，当所述声源从发射方向方向入射至由Q个圆环子阵构成的所述分布式均匀圆环阵列时，所述分布式阵列的第q个圆环子阵上的第m个阵元的接收信号表示为：

x_qm(t)＝s(t-τ_qm)+n_qm(t)；