【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于声学领域，涉及一种综合多快拍联合牛顿正交匹配追踪定位方法。
技术介绍
1、为将声源估计问题转化为压缩感知的稀疏重构求解问题，传统的压缩波束形成方法通过将目标声源区域网格化，构建稀疏重构模型，其假定目标声源落在划分的网格点处，然而事实是无论目标区域空间的网格划分得多么精细，声源都可能不在网格点上，假设的基和真实的基之间总是存在不匹配问题。对于贪婪算法比如正交匹配追踪方法而言，基不匹配问题的存在甚至可能会导致定位错误，虽然更精细化的网格能缓解基不匹配问题，但随之而来是计算资源需求的增大以及字典原子间相关性增大引发估计难度上升，同时噪声的存在也增加了正确选择原子的难度。
2、此外，目前常见通过增加声源信号的观测维度提升定位性能，但这无疑会增加测量难度，然而已有研究中测量数据大多仅被用过一次，数据中的有效信息显然没有被充分利用。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种综合多快拍联合牛顿正交匹配追踪定位方法，更加充分地利用已有测量数据中的有效信息，提高对声源的定位性能。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种综合多快拍联合牛顿正交匹配追踪定位方法，该方法包括以下步骤：
4、s1：根据原m阵元阵列的测量数据，通过改进的综合正交匹配追踪方法得到声源坐标候选集，并以其为中心局部细化网格重构目标声源区域，构建新的感知矩阵asub；
5、s2：按阵列总体稀疏原则从原阵列中随机选取多组由msu
6、s3：基于重构的目标网格区域，获取声源的粗略在网估计结果；
7、s4：通过牛顿法对已经估计的结果进行修正，提高定位精度；分为两步，首先对当前迭代所获得的在网估计结果进行单步修正，然后基于当前最新残差依次对所有已经估计的结果进行多步修正；
8、s5：设置全局反馈环节，为s1重构声源区域过程中发生漏选声源时提供弥补的机会。
9、进一步，所述s1包括以下步骤：
10、s11、将声源所在平面按一定空间间距d划分为ng个网格点，对每个网格点对应的a(rng)进行归一化得到an(rng)，a(rng)是第ng个网格的空间坐标rng到m个阵元组成的阵列阵元空间坐标rmic.k,k＝1,2,...,m之间的导向向量(原子)；
11、an(rng)＝a(rng)/||a(rng)||2，ng＝1,2,...,ng
12、a(rng)＝[g(rng,rmic.k),g(rng,rmic.2),...,g(rng,rmic.m)]t
13、
14、其中，g(rng,rmic.m)是格林函数，||·||2代表做2范数运算，[·]t代表转置，f为声源频率，c为声速；
15、s12、每次迭代过程中，通过计算当前残差yres＝[y(1),y(2),...,y(l)]，l为快拍数量，与字典中每列归一化原子的内积，选取前三个最大内积值对应的原子，以内积值最大的原子坐标为圆心覆盖一个恰好能包含其邻近原子的圆形区域，通过判断另外两个原子是否落在圆内确定声源坐标候选集，即将落于区域外的原子坐标和最大内积值原子坐标共同构成坐标候选集rsu；
16、
17、rsu＝rsu{rk.1,rk.i ⊙(rk.1)},rk＝{rk.1,rk.2,rk.3}
18、式中⊙(rk.1)代表以坐标rk.1为中心覆盖一定范围的圆形空间，与正交匹配追踪方法一样，每次迭代过程中，以最大内积值原子对应坐标为估计结果，推动迭代过程的进行；
19、s13、根据原子候选集内原子坐标，以原空间网格间距d的一半作为新的网格间距，辐射一个半径为1.5d的方形网格空间，这些局部网格空间一起构成我们新的目标声源区域rns，并构建新的感知矩阵asub，其由目标区域所有网格点对应的导向向量共同构成。
20、进一步，所述s2包括以下步骤：
21、s21、按阵列总体稀疏原则从原m阵元阵列中随机选取la组由msub个阵元构成的子阵列，其对应的阵元数据共同组成新的测量信号其中代表第la个子阵列对应的测量数据；
22、s22、对于每个子阵列，基于通过最小化残差能量获取声源坐标和强度的最大似然解，构建最大似然函数
23、
24、其中是真实声源坐标对应的感知矩阵，对应源强，是噪声，||·||f代表frobenius范数，代表取实数，(·)h代表共轭转置。
25、进一步，所述s3包括以下步骤：
26、s31、通过每次迭代过程估计一个声源估计的方式，根据最小二乘法建立最大似然比检验成本函数glrt(·)；
27、
28、s32、对于每个子阵列，每次迭代取glrt(·)前3个最大值对应的坐标作为当前可能的估计值，优先以所有可能估计值中出现次数多的估计值为中心辐射一个半径恰能包含其邻近网格点的圆形区域，统计落在该区域内的估计值数量，以最多数量对应的区域的中心网格点作为最终的在网估计坐标
29、
30、count(g)代表满足条件的计数数量大小；
31、s33、计算该在网估计声源源强
32、
33、进一步，所述s4包括以下步骤：
34、s41、通过牛顿法对当前在网估计结果进行单步修正；
35、
36、式中，是海森矩阵，是雅可比矩阵；
37、s42、更新残差yres、原子支撑集asup、坐标支撑集rsup以及源强支撑集qsup；
38、
39、s43、基于当前最新残差对所有已经估计的结果依次进行多步修正；先通过最小二乘法更新源强完成正交化操作，然后通过牛顿法再对结果进行修正；
40、
41、进一步，所述s5包括以下步骤：
42、s51、设置全局反馈环节，为s1重构声源区域过程中发生漏选声源时提供弥补的机会；通过最小二乘法更新yestimated和yres，计算tol1和tol2，判断迭代停止条件是否满足，当(tol1≤ε1)或(tol2≤ε2)时迭代终止；其中，yres0指每次迭代之前的测量残差；
43、
44、tol1＝σ(|yres0|2-|yres|2)/∑(|yres0|2)
45、tol2＝∑(|yres0|2-|yres|2)/∑(|yestimated|2)
46、迭代停止后，输出坐标支撑集rsup和源强支撑集qsup，即得到声源坐标及其对应声源强度的估计结果。
47、本专利技术的有益效果在于：
48、由于本专利技术重构范围极大缩减的目标区域时根据相关性尽可能保证了所有声源落在重构区域，避免后续因更细网格导致的相关性问题，提升在网定位能力；同时本专利技术通过联合多个子阵列本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种综合多快拍联合牛顿正交匹配追踪定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的综合多快拍联合牛顿正交匹配追踪定位方法，其特征在于：所述S1包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的综合多快拍联合牛顿正交匹配追踪定位方法，其特征在于：所述S2包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的综合多快拍联合牛顿正交匹配追踪定位方法，其特征在于：所述S3包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的综合多快拍联合牛顿正交匹配追踪定位方法，其特征在于：所述S4包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的综合多快拍联合牛顿正交匹配追踪定位方法，其特征在于：所述S5包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种综合多快拍联合牛顿正交匹配追踪定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的综合多快拍联合牛顿正交匹配追踪定位方法，其特征在于：所述s1包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的综合多快拍联合牛顿正交匹配追踪定位方法，其特征在于：所述s2包括以下步骤：
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【专利技术属性】
技术研发人员：林波，王平，陈正宇，余欣玺，马振宇，宋伟，朱金婵，张媛，张小波，李勇，陈植羽，李晓淞，王翰飞，陈思睿，王珏，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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