一种基于声定位的平面五元阵阵形估计和特定阵形布设方法

摘要

一种基于声定位的平面五元阵阵形估计和特定阵形布设方法，其中阵形估计是把坐标原点选取在五元阵的中间传声器所在的位置，那么其它四个传声器的位置未知，然后在N个不同的声源位置放置声源，每放置一个声源，将获得2个关于声源位置的未知量和4个已知量即时延数据τ(N,i),i＝1,2,3,4，要求4N≥2(4+N)，即N≥4，至少要在4个点上放置声源并记录数据；最后根据声程差与时延的几何关系，列出4N元方程组，根据方程组解出声源坐标与声基阵坐标的最优解；其中声基阵坐标即位估计出的平面五元阵的阵形。特定阵形布设方法是利用软绳阵和三脚架，在上述采用基于声定位的平面五元阵阵形估计方法基础上进行平面五元阵特定阵形的精确布设。

主权项

一种基于声定位的平面五元十字阵阵形估计方法，所述平面五元十字阵由五个传声器和五个三脚架组成，传声器为声压传声器，频率范围为10～50kHz，三脚架可在0.8～2.5m范围内调节高度，且三脚架的顶部带有夹子，夹子能调节方向和俯仰角，用来夹紧传声器并固定传声器的位置；五个传声器设置在一个平面上但位置分布不规则且未知，通过采用以下步骤对平面五元十字阵阵形进行估计：第一步，把坐标原点选取在五元十字阵的中间传声器所在的位置，那么其它四个传声器的位置未知，有8个未知数(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)，(x₄,y₄)；第二步，对于每一个放置于与平面五元十字阵同一平面任意位置的声源，五元十字阵能解算出4个独立的时延数据；首先，在第一个声源位置放置一个声源S₁，其坐标(x₅,y₅)未知，但可获得4个时延数据τ(1,i),i＝1,2,3,4，即每放置一个声源，将获得2个未知量和4个已知量；第三步，然后在第二个声源位置放置一个声源S₂，同样可获得4个时延数据τ(2,i),i＝1,2,3,4，以及2个关于声源位置的未知量(x₆,y₆)；第四步，继续这么做，在第N个声源位置S_N放置一个声源，同样可获得4个时延数据τ(N,i),i＝1,2,3,4，以及2个关于声源位置的未知量(x_N+4,y_N+4)；需结算出位置参数以实现对传声器阵形的估计，要求已知量个数大于或等于未知数个数，即要求4N≥2(4+N)，即N≥4，至少要在4个点上放置声源并记录数据；第五步，根据声程差与时延的几何关系，可列出4N元方程组：$\sqrt{x_{j+4}^2+y_{j+4}^2}-\sqrt{{\left(x_{j+4}-x_i\right)}^2+{\left(y_{j+4}-y_i\right)}^2}=c·\tau \left(j,i\right)$其中i＝1,2,3,4；j＝1,2…N；c为声速；根据方程组解出声源坐标与声基阵坐标的最优解；其中声基阵坐标即位估计出的平面五元十字阵的阵形。