Page 12 - 《应用声学》2022年第1期

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正误差较小。这是因为声源位置分布较为分散的情 3.4 其他形状阵列校正
况下，阵列微弱的角度偏转对 TDOA 的影响较大， 为验证本文方法适用于不同形状阵列的位置
使得以 TDOA 均方误差作为代价函数的校正算法 校正，本文另选取 3 种形状的阵列进行校正算法仿
对旋转角度的估计更准确。此外，当声源布放在x轴 真，阵列形状包括：
方向较远情况时 (即组合 (B)和组合(C))，平移坐标 (a) 十字阵列，阵元共32个，每一分支上相邻阵
的估计误差总体大于其他情况，这是因为声源距离 元间距0.04 m；
阵列较远的情况下，阵列 TDOA值的变化量对阵列 (b) 螺旋阵列，阵元共32个，螺旋每层半径相距
的平移不敏感，导致错误阵列位置对应的代价函数 0.04 m；
与正确位置相差较小，因此迭代算法容易收敛错误。 (c) 随机阵列，阵元在坐标范围 x ∈ [−0.2, 0.2]、
基于上述仿真结果，在声源个数有限的情况下 y ∈ [−0.2, 0.2]内均匀分布产生，阵元共32个。
使用本文方法进行阵列校正时，应采用声源位置较 图 6 给出了 3 种阵列在相对坐标下各阵元的
为分散布放方式提高参数校正精度。 位置。

0.4 0.4 0.4

0.2 0.2 0.2
z/m 0 z/m 0 z/m 0

-0.2 -0.2 -0.2

-0.4 -0.4 -0.4
-0.4 -0.2 0 0.2 0.4 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4
y/m y/m y/m
(a) ӡߚ᫼ѵ (b) ᛃ஽᫼ѵ (c) ᬤ఻᫼ѵ
图 6 不同阵型示意图
Fig. 6 The schematic diagrams of arrays with different formations

仿真条件与 3.1 节相同，假设仿真场景模型为 阵元对间距过小，导致阵列发生旋转与平移情况下，

直达声模型。阵列原始位置(1 m, 1 m, 8 m, 0 , 0 , 该对阵元 TDOA的变化量较小，这使得代价函数在
◦
◦
0 )，坐标参数搜索范围为原位置 ±0.1 m，角度参 迭代过程中容易发生收敛错误的问题，进而导致各
◦
数搜索范围为原位置 ±5 。声源位置 (10 m, 5 m, 参数距预期位置误差较大。由此可见，阵列形状也
◦
1 m)，(10 m, 0 m, 1 m)，(20 m, 5 m, 1 m)。信噪比 会影响位置校正误差。
按照 30 dB、20 dB、10 dB 三种情况仿真，每种信噪
表 6 仿真参数
比情况进行 20 次 Monte-Carlo 测试，其余仿真参数
Table 6 Simulation parameters
如表6所示。
表 7 给出了十字阵列 (a)、螺旋阵列 (b)、随机 参数 参数值 参数 参数值
阵列 (c) 的平均校正误差。仿真结果表明，在 10 dB 声速/(m·s −1 ) 340 传声器采样频率/kHz 16
及以上的信噪比情况下，本文方法在多数物理量 遗传算法进化代数 100 遗传算法种群规模 2000
估计的误差都小于DOA-Based方法与ES-Based方 遗传算法交叉概率 0.5 遗传算法变异概率 0.05
法，本文提出的方法适用于多种类似阵列，且阵列位
4 实验验证
置的估计性能优于其他两种方法。
同时由表 7可知，在使用本文方法情况下，坐标 本节利用矩形阵列分析上述各个阵列位置校
参数平均误差满足 a < b < c，而角度参数平均误差 正算法在半消声室中的性能。测试所使用的半消声
满足b < a < c。随机阵列对坐标与角度各参数的估 室长宽高尺寸为 14.8 m×8.8 m×7.2 m。实验使用
计误差较大。其他方法在校正误差与阵列形状上无 的阵列为4×8的矩形均匀面阵，阵元间距为0.04 m，
统一规律。这是因为本文所使用的随机阵列有个别 采样率为16 kHz。录声使用专用系统综合测试软件