[发明专利]基于模态匹配的矩形空间几何参数反演方法

摘要

本发明公开了一种基于模态匹配的矩形空间几何参数反演方法，用于解决现有矩形空间几何尺寸估计方法实用性差的技术问题。技术方案是首先构造一个描述矩形空间模态理论值与测量值之间差异的差异度函数，利用优化算法求这个差异度函数的最小值，从而获得矩形空间尺寸的信息。在实际操作中，利用单麦克风测得矩形空间脉冲响应并进行快速傅里叶变换获得传声器位置的矩形空间频响，从频响中获得矩形空间的模态信息随后进行优化搜索从而实现矩形空间尺寸的估计。本发明只需要测量单个脉冲响应，避免了背景技术方法需要大量脉冲响应的测量，实用性好。

主权项

1.一种基于模态匹配的矩形空间几何参数反演方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、在矩形空间内部任意位置处设置一个麦克风和无指向性声源，测量得到矩形空间的脉冲响应h(t)，对矩形空进行傅里叶变换，得到所述脉冲响应h(t)的频域转换信号H(ω)；步骤二、利用步骤一得到的频域转换信号H(ω)获得矩形空间的模态信息；在对应的矩形空间模态处，频域转换信号H(ω)会出现峰值，获得矩形空间的前六阶模态；步骤三、对于尺寸完全相同的矩形空间，其模态计算值与实际测量值相同；设矩形空间的模态计算值与实际测量值集合分别为fcal和fmea，将其中的元素按照从小到大排列；构造差异度函数G：函数G描述了fmea中的所有n个元素与fcal中元素的最小差距之和；当函数G的值最小时，待测矩形空间的尺寸与计算矩形空间的尺寸最接近；n取6，且m>n；矩形空间的模态计算值由式(2)得到：步骤四、为了完成搜索全局最优解，选取全局优化算法求解这个优化问题；当G最小时，即获得房间尺寸；采用遗传优化算法寻找G的最小值的步骤如下:初始化一组矩形空间的几何尺寸，式中L_n＝[l_xn,l_yn,l_zn]；l_xi,l_yi,l_zi在[1,20]内按照均匀分布进行初始化，即：lxi,lyi,lzi∈μ(1,20),i＝1,2…n              (3)对矩形空间的几何尺寸进行编码，采用二进制编码，计算每组矩形空间尺寸对应矩形空间的简正频率；适应度函数F为：式中，A为常数，取值10；假设每一组矩形空间尺寸的适应度为Fi；采用蒙特卡洛选择方法，每个个体的被选择的概率与其适应度成正比，即每个个体被选择的概率表示为：按照这个概率选择n个个体进行下一步操作；对一个被选择的个体其中的三个元素很难确定究竟哪一个元素是适应度较高的元素，因此在交叉操作时需要对三个元素同时进行交叉；当对L_i和L_j进行交叉时，具体的交叉包含三个相互独立的交叉操作，也就是L_xi与L_xj、L_yi与L_yj以及L_zi与L_zj分别进行独立的交叉得到新的尺寸组合产生新的个体；为了避免所有的尺寸组合陷入局部最优解之中，对产生的新个体进行变异操作；变异作用在个体的二进制位串上，以较小的概率p_m随机地改变个体位串上的每一位，即把0变1，1变0；p_m＝0.001；采用遗传算法进行20代迭代，选取其中的最优解为矩形空间几何参数。