压缩感知声源定位方法研究

作     者：宁方立 卫金刚 刘勇 石旭东 NING Fangli WEI Jingang LIU Yong SHI Xudong

作者机构：西北工业大学机电学院西安710072 

基　　金：国家自然科学基金(51075329 51375385) 航空科学基金(20131553019) 陕西省自然科学基金(2016JZ013 2014JM2-6116) 西北工业大学研究生创意创新种子基金(Z2015069 Z2016077)资助项目 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2016年第52卷第19期

页      码：42-52页

摘      要：目前声源定位主要采用波束形成算法与麦克风阵列相结合的方法。常规波束形成(Conventional beamforming,CBF)方法存在以下缺陷:1空间分辨率受限于瑞利限;2动态响应范围受旁瓣的影响。高级波束形成算法则存在着计算时间过长、会出现负声源或假声源等缺陷。提出一种基于麦克风阵列与压缩感知正交匹配追踪(Orthogonal matching pursuit,OMP)算法的声源定位方法。在不同频率下通过数值仿真方法将压缩感知OMP算法与CBF算法及压缩感知基追踪(Basis pursuit,BP)算法的声源定位结果进行对比。结果表明:1与CBF算法相比,压缩感知算法显著提高定位结果的分辨率;2当声源频率为1 000 Hz时,测量矩阵的等距约束性常数(Restricted isometry constant,RIC)远高于FOUCART边界限,不满足等距约束性条件(Restricted isometry property,RIP),压缩感知OMP算法仍能定位出主要声源的位置,而压缩感知BP算法无法对主要声源进行定位。通过数值仿真方法对不同信噪比(Signal to noise ratio,SNR)及不同声源间距下压缩感知OMP算法和CBF算法声源定位的结果进行对比。结果表明:1当SNR为零时,压缩感知OMP算法能对主要的声源信号进行定位,而CBF算法无法对主要声源进行定位;2在声源频率为5 000 Hz时,OMP算法的空间分辨率为0.074 m,突破了瑞利限约束。通过试验对所提出的声源定位方法的可行性进行验证。

主 题 词：麦克风阵列 压缩感知 RIP条件 OMP算法 BP算法 常规波束形成算法 

学科分类：081203[081203] 08[工学] 0804[工学-材料学] 0835[0835] 0812[工学-测绘类] 

核心收录：

D　O　I：10.3901/JME.2016.19.042

馆 藏 号：203194518...