Page 104 - 《应用声学》2023年第2期

第 42 卷 第 2 期 Vol. 42, No. 2
2023 年 3 月 Journal of Applied Acoustics March, 2023

⋄ 研究报告 ⋄

球形阵列自适应网格分层定位算法 ∗

李睿林 1,2 陈志菲 2† 吴 鸣 2 赵 静 2 程利军 3 鲍 明 2 樊文欣 1†

(1 中北大学 太原 030051)

(2 中国科学院声学研究所 噪声与音频重点实验室 北京 100190)
(3 中国重汽工艺研究院 济南 250100)

摘要：刚性球形传声器阵列可以在无空间模糊的条件下进行球谐域数据处理，基于球形阵列的可控波束形成
器导向响应功率 (SRP) 算法定位精度高，但是计算量大，计算效率低。通过将球面致密的全局网格搜索替换为
分层搜索策略可以有效减小 SRP 算法的计算量。提出 MRE-SRP 算法保持球形阵列 SRP 定位精度的同时降
低计算量，首先通过球谐域 MUSIC(SH-MUSIC) 算法判断入射声源的数量减小搜索区域；其次将相对熵模型
引入球谐域 SRP(SH-SRP) 定位算法中，提取网格分层前后的信息增益，设计自适应网格选择判据，实现分层
多分辨率网格的精准再细分，从而降低计算量。实验验证了所提出算法的性能，结果显示在单双声源定位中，
该算法可以实现较高的定位精度，精准选择分层网格，计算量减少 75% 以上。
关键词：球形传声器阵列；球谐 MUSIC 算法；导向响应功率算法；可细化网格分层；自适应网格选择
中图法分类号: O429 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2023)02-0292-12
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2023.02.012

Adaptive grid hierarchical localization algorithm based on spherical array

LI Ruilin 1,2 CHEN Zhifei 2 WU Ming 2 ZHAO Jing 2 CHENG Lijun 3

BAO Ming 2 FAN Wenxin 1

(1 North University of China, Taiyuan 030051, China)
(2 Key Laboratory of Noise and Vibration Research Institute of Acoustics, Beijing 100190, China)
(3 Technology Institute of China Heavy truck, Jinan 250100, China)

Abstract: Rigid spherical microphone arrays can process spherical harmonic domain data without spatial
ambiguity. Streered response power (SRP) algorithm based on spherical arrays has high localization accuracy,
but has a large amount of computation and low computational efficiency. The computational complexity
of the SRP algorithm can be effectively reduced by replacing the spherical dense global grid search with a
hierarchical search strategy. In this paper, the MRE-SRP (MUSIC and relative entropy joint localization SRP
algorithm) algorithm is proposed to maintain the spherical array SRP positioning accuracy while reducing
the amount of calculation. First, the spherical harmonic domain MUSIC (SH-MUSIC) algorithm is used to
determine the number of incident sound sources and reduce the search area. Secondly, the relative entropy
model is introduced into the spherical harmonic domain SRP (SH-SRP) positioning algorithm, the information
gain before and after grid layering is extracted, and the adaptive grid selection criterion is designed to realize the

2022-09-08 收稿; 2023-01-05 定稿
中国科学院声学研究所自主部署 “前沿探索” 类项目 (QYTS2020XX)
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作者简介: 李睿林 (1998– ), 女, 青海西宁人, 硕士研究生, 研究方向: 信息与信号处理。
† 通信作者 E-mail: chenzhifei@mail.ioa.ac.cn; fanwenxin@mail.nuc.edu.cn