【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及阵列优化，尤其涉及一种大规模矩阵排列优化方法与系统。
技术介绍
1、声学定位技术是声学、电学、信号处理等多门交叉学科的集成应用，广泛应用于军事、生活、工业检测等领域。目前，声学定位技术主要通过声传感器来获取声源信号，对采集的声源信号进行处理，从而确定声源的位置。经典的声传感器定位阵列拓扑结构有直线阵、十字阵、圆形阵和l型阵等结构。该种类型阵列结构具有加工简单、收放便利的优点，非常适合于各种载具的实际应用，但是存在阵列语音信号增强效果受限，计算复杂度高的缺陷。针对该问题，本专利技术提出一种大规模矩阵阵列优化方法与系统，优化阵列中不同麦克风的位置。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种大规模矩阵排列优化方法，目的在于：1)以不同麦克风阵列位置对环境噪声的灵敏度确定不同麦克风阵列位置的鲁棒性，随着环境噪声的变化，麦克风阵列位置对声源信号的响应越稳定，则说明该麦克风阵列位置所构成的信号接收模式越稳定，麦克风阵列位置的鲁棒性越高，并基于不同麦克风阵列位置的方向性因子确定麦克风阵列增益，进而构建得到麦克风阵列鲁棒性收益目标函数，通过结合麦克风阵列对不同频率声源信号的主瓣波束与目标高频波束之间的变化差异，构建得到麦克风阵列主瓣波束适应度函数，实现结合信号接收模式的接收性能、性能稳定性以及波束稳定性的最优麦克风阵列位置；2)以麦克风阵列主瓣波束适应度函数为约束，对构建的麦克风阵列鲁棒性收益目标函数进行全局优化求解，在求解过程中，通过控制相邻麦克风的最小间距，并结合调整麦克风
2、为实现上述目的，本专利技术提供的一种大规模矩阵排列优化方法，包括以下步骤：
3、s1：初始化麦克风阵列位置，构建麦克风阵列鲁棒性收益目标函数，所述目标函数以麦克风阵列位置为自变量，以麦克风鲁棒性为目标函数；
4、s2：构建麦克风阵列主瓣波束适应度函数；
5、s3：以麦克风阵列主瓣波束适应度函数为约束，对构建的麦克风阵列鲁棒性收益目标函数进行全局优化求解，得到最优麦克风阵列位置；
6、s4：根据优化求解得到的最优麦克风阵列位置进行麦克风阵列排列优化。
7、作为本专利技术的进一步改进方法：
8、可选地，所述s1步骤中初始化麦克风阵列位置，包括：
9、初始化矩形平面区域的麦克风阵列位置：
10、
11、其中：
12、l(0)表示初始麦克风阵列位置；
13、[xm(0)，ym(0)]表示麦克风阵列中第m个麦克风的初始坐标位置，m表示麦克风阵列中麦克风的数目；在本专利技术实施例中，以矩形平面区域的中心为原点建立二维坐标系，麦克风的坐标位置即为麦克风在二维坐标系中的二维坐标点；
14、在矩形平面区域外的远场区域发出与麦克风阵列夹角为θ的声源信号，则麦克风阵列中第m个麦克风所接收到的信号为xm(t)，其中t表示信号的时域信息，则信号xm(t)对应的时域信号ym(ω)为：
15、
16、其中：
17、j表示虚数单位；
18、e表示自然常数；
19、ω表示声源信号的角频率；
20、则麦克风阵列位置对于声源信号的导向矢量为：
21、
22、其中：
23、c表示声速；
24、a0(ω，θ)表示麦克风阵列位置l(0)对于与麦克风阵列夹角为θ且角频率为ω的声源信号的导向向量；在本专利技术实施例中，a0(ω，θ)的下标对应麦克风阵列位置；
25、利用m个滤波器对麦克风所接收到的信号进行滤波处理，则m个滤波器的权重系数矩阵为：
26、w＝[w1，w2，...，wm，...，wm]
27、其中：
28、w为m个滤波器的权重系数矩阵；
29、wm表示第m个滤波器的权重系数。
30、可选地，所述s1步骤中构建麦克风阵列鲁棒性收益目标函数，包括：
31、在矩形平面区域外的远场区域发出u组不同的声源信号，其中第u组声源信号为eu(t)，并构建麦克风阵列鲁棒性收益目标函数：
32、
33、
34、
35、||[xi(d)，yi(d)]-[xm(d)，ym(d)]||＝|xi(d)-xm(d)|+|yi(d)-ym(d)|
36、
37、其中：
38、f(l(d))表示麦克风阵列位置l(d)对应的麦克风阵列鲁棒性收益，l(d)表示麦克风阵列位置的第d次迭代结果；
39、ad(ωu，θu)表示麦克风阵列位置l(d)对于与麦克风阵列夹角为θu且角频率为ωu的声源信号eu(t)的导向向量；
40、[xm(d)，ym(d)]表示麦克风阵列中第m个麦克风在第d次迭代后的坐标位置；
41、wh表示对w进行共轭转置处理；
42、sd(i，m)表示麦克风阵列位置l(d)中第i个麦克风和第m个麦克风的阵元间空间距离，sd表示麦克风阵列位置l(d)对应的阵元间空间距离矩阵；
43、||[xi(d)，yi(d)]-[xm(d)，ym(d)]||表示麦克风阵列位置l(d)中第i个麦克风和第m个麦克风的间距；
44、表示麦克风阵列位置l(d)对噪声的灵敏度，即麦克风阵列位置l(d)的鲁棒性；
45、表示麦克风阵列位置l(d)对应的麦克风阵列形成波束的方向性因子；在本专利技术实施例中，方向性因子用以表征在漫射混噪环境下麦克风阵列形成波束对主要方向声源信号接收的性能，即麦克风阵列增益。
46、可选地，所述s2步骤中构建麦克风阵列主瓣波束适应度函数，包括：
47、构建麦克风阵列主瓣波束适度函数：
48、
49、其中：
50、g(l(d))表示麦克风阵列位置l(d)对应的麦克风阵列主瓣波束适应度函数；
51、p(eu(t))表示所生成声源信号eu(t)对应的目标波束模式；
52、pd(eu(t))表示所生成声源信号eu(t)在麦克风阵列位置l(d)场景下的波束模式。
53、可选地，所述s3步骤中以麦克风阵列主瓣波束适应度函数为约束，对构建的麦克风阵列鲁棒性收益目标函数进行全局优化求解，包括：
54、以麦克风阵列主瓣波束适应度函数为约束，对构建的麦克风阵列鲁棒性收益目标函数进行全局优化求解，得到最优麦本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大规模矩阵排列优化方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的一种大规模矩阵排列优化方法，其特征在于，所述S1步骤中初始化麦克风阵列位置，包括：
3.如权利要求1所述的一种大规模矩阵排列优化方法，其特征在于，所述S1步骤中构建麦克风阵列鲁棒性收益目标函数，包括：
4.如权利要求1所述的一种大规模矩阵排列优化方法，其特征在于，所述S2步骤中构建麦克风阵列主瓣波束适应度函数，包括：
5.如权利要求4所述的一种大规模矩阵排列优化方法，其特征在于，所述S3步骤中以麦克风阵列主瓣波束适应度函数为约束，对构建的麦克风阵列鲁棒性收益目标函数进行全局优化求解，包括：
6.如权利要求5所述的一种大规模矩阵排列优化方法，其特征在于，所述S4步骤中根据优化求解得到的最优麦克风阵列位置进行麦克风阵列排列优化，包括：
7.如权利要求4所述的一种大规模矩阵排列优化方法，其特征在于，所述S2步骤中声源信号的目标波束模式以及在不同麦克风阵列位置下的波束模式生成流程为：
8.一种大规模矩阵排列优化系统，其特征在
...【技术特征摘要】
1.一种大规模矩阵排列优化方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的一种大规模矩阵排列优化方法，其特征在于，所述s1步骤中初始化麦克风阵列位置，包括：
3.如权利要求1所述的一种大规模矩阵排列优化方法，其特征在于，所述s1步骤中构建麦克风阵列鲁棒性收益目标函数，包括：
4.如权利要求1所述的一种大规模矩阵排列优化方法，其特征在于，所述s2步骤中构建麦克风阵列主瓣波束适应度函数，包括：
5.如权利要求4所述的一种大规模矩阵排列优化方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘建洪，朱训魏，陈洁，
申请(专利权)人：长沙东玛克信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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