基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，针对搜索范围划分网格，标记各搜索网格位置序号；基于气象参数，计算声速的梯度分布；基于所述声速的梯度分布，计算各搜索网格与传声器阵列的脉冲响应，构建匹配库矩阵；传声器阵列接收数据，计算接收数据的协方差矩阵；根据所述匹配库矩阵中各搜索网格所对应的数据和所述协方差矩阵，基于模糊函数计算每个搜索网格的匹配值；根据搜索网格的匹配值，确定声源位置。本发明专利技术能够有效降低弯曲效应对声探测的影响，提高低空声目标定位精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法及装置。

技术介绍

[0002]直升机作为战场的主要机动设备，兼具较强的战斗能力和侦察能力。当其以超低空姿态飞行时甚至可以避开雷达的搜索。由于其具有动力设备具有明显的辐射噪声，很多工程人员采取声波被动探测的方式对其进行检测、定位和识别。
[0003]目前的探测手段主要分为基于波束形成、空间谱估计以及基于TDOA的方法。波束形成的方法一方面只能定向，另外获得高精度的方向信息需要较大的阵列的孔径，这很不利于工程化。空间谱估计的方法也受类似于波束形成的阵列参数限制，同事其算法计算复杂度较高，不利于对目标的快速解算。基于TDOA定位是目前的主要方法，在距离目标一定位置布设多个传声器接收目标信号，再通过信号处理算法估计各通道之间的信号到达时间差并结合几何位置关系进行交汇定位。然而，由于气象条件如温度和风速的变化，声目标到达传声器位置的声波传播路径存在一定弯曲效应，温度和风速的空间分布差异越大，弯曲效应越明显，这一效应会引起各传声器位置到达时间差存在一定误差，该误差会引起双曲线交汇定位较大误差甚至无法交汇定位目标。因此，基于传统方法对低空环境下声目标进行远距离探测性能较差，需要一种对声弯曲传播效应不敏感的声源反演定位方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的专利技术目的在于提供一种基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法及装置，能够有效降低弯曲效应对声探测的影响，提高低空声目标定位精度。r/>[0005]基于同一专利技术构思，本专利技术具有两个独立的技术方案：
[0006]1、一种基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1：针对搜索范围划分网格，标记各搜索网格位置序号；
[0008]步骤2：基于气象参数，计算声速的梯度分布；
[0009]步骤3：基于所述声速的梯度分布，计算各搜索网格与传声器阵列的脉冲响应，构建匹配库矩阵；
[0010]步骤4：传声器阵列接收数据，计算接收数据的协方差矩阵；
[0011]步骤5：根据所述匹配库矩阵中各搜索网格所对应的数据和所述协方差矩阵，基于模糊函数计算每个搜索网格的匹配值；根据搜索网格的匹配值，确定声源位置。
[0012]进一步地，步骤1中，以基准传声器位置为坐标原点，确定各传声器位置r
mic
＝(x
mic
,y
mic
)；设定最大搜索距离R
max
和最大搜索高度H
max
；分别设定距离搜索间隔
△
R和搜索高度间隔
△
H，搜索网格总数目G为距离维度N
R
＝R
max
/
△
R和高度维度N
H
＝H
max
/
△
H的乘积。
[0013]进一步地，步骤1中，
△
R取值范围10m-50m，
△
H取50m；或
△
R取值范围100m-200m，
△
H取100m。
[0014]进一步地，步骤2中，所述当前气象参数包括温度和风速，声速与温度、风速的关系
式如下：
[0015][0016]式中，c0是0℃时的空气声速，T0是绝对零度，T是温度(K),v表示风速数值，θ表示声速方向与声传播方向的夹角。
[0017]进一步地，计算得到声速c随高度h的分布c＝f(h)＝a+bh,a和b为拟合的系数。
[0018]进一步地，步骤3中，假设每个搜索网格位置r
g
存在声源，计算每个网格位置与各接受传声器位置r
mic
之间的声波脉冲N次到达时间t
g,m
＝[t1,t2,...t
N
]，据此构建脉冲响应为通过FFT计算得到其传递函数h
gm
(f)，构建矢量a
g
(f)＝[h
g1
(f)
ꢀ…ꢀ
h
gM
(f)]；将a
g
＝[a
g
(f1)
ꢀ…ꢀ
a
g
(f
F
)]标记为将各搜索网格位置r
g
对应的由F个频点匹配项构成的行矢量。
[0019]进一步地，步骤5中，根据各接收数据的F个频点的协方差矩阵K(f)和各搜索网格位置r
g
对应匹配项a
g
(f)，基于模糊函数进行匹配计算，将各频率模糊数值叠加求和得每个搜索网格位置对应的匹配值。
[0020]进一步地，步骤5中，B≥0.95*B
max
对应的搜索网格作为目标范围，B
max
表示全部搜索网格的最大匹配值，B表示搜索网格的匹配值。
[0021]进一步地，步骤3中，匹配库矩阵可离线计算，当风速偏差大于2m/s或温度偏差大于5℃时重新调整声速分布，重新计算匹配库矩阵。
[0022]2、一种基于模糊函数匹配的低空声源反演定位装置，其特征在于，包括：
[0023]传声器阵列，所述传声器阵列用于采集声音信号；
[0024]匹配库矩阵构建单元，所述匹配库矩阵构建单元可执行以下操作：针对搜索范围划分网格，标记各搜索网格位置序号；基于气象参数，计算声速的梯度分布；基于所述声速的梯度分布，计算各搜索网格与传声器阵列的脉冲响应，构建匹配库矩阵；
[0025]声源定位单元，所述声源定位单元可执行以下操作：根据所述匹配库矩阵中各搜索网格所对应的数据和传声器阵列接收数据的协方差矩阵，基于模糊函数计算每个搜索网格的匹配值；根据搜索网格的匹配值，确定声源位置；
[0026]显示单元，所述显示单元用于将声源定位结果进行显示。
[0027]本专利技术具有的有益效果：
[0028]本专利技术基于气象参数，计算声速的梯度分布；基于所述声速的梯度分布，计算各搜索网格与传声器阵列的脉冲响应，构建匹配库矩阵；根据所述匹配库矩阵，通过模糊函数的对比实现对目标的有效定位。本专利技术通过对目标区域声场进行预计算再通过模糊函数匹配搜索，可以有效降低弯曲效应对声探测的影响，提高低空环境下的远距离声目标定位精度。
[0029]本专利技术以基准传声器位置为坐标原点，确定各传声器位置r
mic
＝(x
mic
,y
mic
)；设定最大搜索距离R
max
和最大搜索高度H
max
；分别设定距离搜索间隔
△
R和搜索高度间隔
△
H，搜索网格总数目G为距离维度N
R
＝R
max
/
△
R和高度维度N
H
＝H
max...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：针对搜索范围划分网格，标记各搜索网格位置序号；步骤2：基于气象参数，计算声速的梯度分布；步骤3：基于所述声速的梯度分布，计算各搜索网格与传声器阵列的脉冲响应，构建匹配库矩阵；步骤4：传声器阵列接收数据，计算接收数据的协方差矩阵；步骤5：根据所述匹配库矩阵中各搜索网格所对应的数据和所述协方差矩阵，基于模糊函数计算每个搜索网格的匹配值；根据搜索网格的匹配值，确定声源位置。2.根据权利要求1所述的基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于：步骤1中，以基准传声器位置为坐标原点，确定各传声器位置r
mic
＝(x
mic
,y
mic
)；设定最大搜索距离R
max
和最大搜索高度H
max
；分别设定距离搜索间隔
△
R和搜索高度间隔
△
H，搜索网格总数目G为距离维度N
R
＝R
max
/
△
R和高度维度N
H
＝H
max
/
△
H的乘积。3.根据权利要求1所述的基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于：步骤1中，
△
R取值范围10m-50m，
△
H取50m；或
△
R取值范围100m-200m，
△
H取100m。4.根据权利要求1所述的基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于：步骤2中，所述当前气象参数包括温度和风速，声速与温度、风速的关系式如下：式中，c0是0℃时的空气声速，T0是绝对零度，T是温度(K),v表示风速数值，θ表示声速方向与声传播方向的夹角。5.根据权利要求4所述的基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于：计算得到声速c随高度h的分布c＝f(h)＝a+bh,a和b为拟合的系数。6.根据权利要求1所述的基于模糊函数匹配的低空声源反演定位方法，其特征在于：步骤3中，假设每个搜索网格位置r
g
存在声源，计算每个网格位置与各接受传声器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘延善，王志峰，杨立学，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三研究所，
类型：发明
国别省市：