【技术实现步骤摘要】
基于PSO-MVDR的声场重构与鬼影抑制方法
本专利技术涉及一种声场重构和鬼影抑制方法,该方法在有限空间、有限传声器个数的情况下,能够有效抑制声场重构过程中栅瓣和旁瓣带来的干扰,提高声场重构的精度。
技术介绍
波束形成(Beamforming)是阵列信号处理的一个重要任务,其主要功能包括:形成基阵接收系统的方向性;进行空域滤波,抑制空间干扰与环境噪声,提高信噪比;估计信号到达方向,为信号源定位创造条件等。通过波束形成处理,可实现对声场声源的重构与定位。声源识别的过程就是将重构声场空间离散成一系列的重构点,利用波束形成算法计算出重构点的重构声压值,绘制出声压云图,由图中热点的位置来判断声源位置。传声器阵列的声源识别效果与其结构形状,阵元数目及处理算法等因素决定。一个合适的传声器阵列能够抑制栅瓣和旁瓣,提高声源的辨识精度,提高声场的重构质量。在基于传声器阵列的声场重构研究中,前人搭建网格阵、十字阵、圆形阵等一些等间距的阵列来进行声场实测与分析。但等间距阵列有其固有缺陷,即:为了保证较小的主瓣宽度,提高声场重构分辨率,需要维持一个较大的阵列尺寸,使得相邻阵元的间距增加,并导致栅瓣的出现,极大地削弱了阵列的声场重构能力。针对等间距阵列重构能力的缺陷,有学者提出了利用不等间距阵列进行声场重构的方法。该方法通常是在等间距阵列的基础上,利用寻优算法,对阵元坐标分布进行优化设计,获得优化不等间距阵。不等间距阵能够抑制栅瓣[8],在一定程度上可提高声场重构的质量。但是,阵列中较大的旁瓣幅值依然会给真实声源的正确辨识带来干扰。针对上述问题,若能够通过阵列优化,实现对栅瓣的抑制 ...
【技术保护点】
一种基于PSO‑MVDR的声场重构与鬼影抑制方法,其特征在于:该方法是在对等间距十字传声器阵列进行优化的基础上,采用MVDR波束形成方法进行声场重构,得到声压云图;具体包括以下步骤:步骤1,将含有一定阵元的等间距十字传声器阵列PSO粒子群算法,寻找最优的各阵元移动距离的组合,获得没有栅瓣,旁瓣影响最小的不等间距十字阵;在通过PSO算法得到优化的不等间距十字阵之后,该阵列的栅瓣已尽可能多地被抑制,并已退化成为旁瓣;步骤2,为了进一步削弱旁瓣对声场重构的影响,在获得优化不等间距十字阵的基础上,使用借助MVDR波束形成算法来进行声场的重构,利用MVDR算法较强的空域滤波特性,最大限度降低旁瓣对声场重构的影响,提高声场重构的准确性。
【技术特征摘要】
1.一种基于PSO-MVDR的声场重构与鬼影抑制方法,其特征在于:该方法是在对等间距十字传声器阵列进行优化的基础上,采用MVDR波束形成方法进行声场重构,得到声压云图;具体包括以下步骤:步骤1,将含有一定阵元的等间距十字传声器阵列PSO粒子群算法,寻找最优的各阵元移动距离的组合,获得没有栅瓣,旁瓣影响最小的不等间距十字阵;在通过PSO算法得到优化的不等间距十字阵之后,该阵列的栅瓣已尽可能多地被抑制,并已退化成为旁瓣;步骤2,为了进一步削弱旁瓣对声场重构的影响,在获得优化不等间距十字阵的基础上,使用借助MVDR波束形成算法来进行声场的重构;所述方法应用于有限空间、有限传声器个数情况下,应用领域为声学。2.根据权利要求1所述的一种基于PSO-MVDR的声场重构与鬼影抑制方法,其特征在于:所述步骤1中的含有一定阵元的等间距十字传声器阵列PSO粒子群算法,包括:首先,确立阵列优化的最终目标,即在保持十字阵列形状不变的前提下,寻找最优的各阵元移动距离的组合,使得在不等间距阵列情况下的声场重构的最大旁瓣级SL最小;然后,初始化粒子群,进行多次迭代运算,每一次迭代运算均需要更新粒子群算法的全局最优解,并记录全局最优解的最大旁瓣值,当最大旁瓣值SL趋于收敛时,算法迭代结束,得到一组最优的阵元位置坐标解。3.根据权利要求1或2所述的一种基于PSO-MVDR的声场重构与鬼影抑制方法,其特征在于:所述步骤1中的含有一定阵元的等间距十字传声器阵列PSO粒子群算法具体包括以下步骤:首先,用声场重构结果中最大旁瓣级SL的大小作为优化目标,以此来衡量阵列的优化效果;在传声器阵元数量有限的情况下,为确保重构后的声场云图具有足够的空间分辨率,选取十字传声器阵列来进行位置的优化;为保持阵列的十字形状,十字交叉点处的阵元位置在优化后保持不变;由上述分析可知,阵列优化的目标为:寻找最优的各阵元移动距离的组合,使得在不等间距阵列情况下的声场重构的最大旁瓣级SL最小;然后,进行算法的初始化和迭代运算:设Zi={zi1,zi2,…,zij,…zi13}为某一种可能的阵元位置坐标解,称Zi为一个粒子,其中Zij表示第i个粒子中第j个阵元的坐标位置;由m个粒子组成一个组群Z={Z1,Z2,…Zi…,Zm},将粒子群初始化;在迭代运算中,每个粒子的速度,记做Vi={vi1,vi2,…vid…vi13},其中vid表示在第i个粒子中第d个阵元坐标的速度;在每一次...
【专利技术属性】
技术研发人员:魏龙,黎敏,阳建宏,杨德斌,付强,秦胜,杨海波,孙冬柏,
申请(专利权)人:北京科技大学,
类型:发明
国别省市:北京;11
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