近日，bat365在线平台官方网站、导航与位置服务技术国家地方联合工程研究中心童峰教授团队在物联网领域Top期刊IEEE Internet of Things Journal上在线发表了题为“Conformal Cylindrical Array Sound Source Localization at the Presence of Shadowed Elements”的研究成果。该研究提出一种基于信号重构的圆柱共形阵声源定位方法，为解决声学阵列与载体“共形”所造成的遮蔽效应难题提供了新的思路。

共形阵是一种天线与各类航行器载体外形保持一致的阵列，相关研究是现代阵列技术领域的研究热点。共形阵通过将阵元组成的阵面与载体外形“共形”，达到不破坏载体平台外形结构及动力学特征的效果。然而，由于载体平台外形通常为曲面状（如流线形、圆弧形），导致共形阵存在“遮蔽效应”。该效应对于圆柱共形声学阵列尤为明显，阵列中的某些阵元被载体平台弧形表面遮挡，无法接收目标声源信号，导致阵列自由度降低，严重影响共形阵信号处理性能。

该研究面向共形阵声源定位应用，从空间几何角度出发，建立阵元接收受限信号的模型，阐明了圆柱共形阵遮蔽效应造成声源定位精度下降的主要原因，并针对这一问题提出了一种基于信号重构的圆柱共形阵声源定位方法。

该方法首先基于傅里叶变换，将阵列接收信号转换到频域进行能量检测，以区分接收受限阵元与正常接收阵元，并根据以上不同类型阵元的空间分布特征，粗略判断目标所在方位的近似范围，降低后续处理复杂度；然后，以正常接收阵元接收到的目标信号为参考，重构接收受限阵元的接收信号，消除阴影效应，提高阵列自由度；更进一步，在目标所在方位的近似范围内，采用峰值搜索方法确定目标精确方位；最后，分析了圆柱共形阵的克拉默-拉奥（Cramér-Rao lower bound, CRLB）下界，阐明了遮蔽效应下该阵列所能达到的最佳定位精度。

数值仿真及实验结果表明，与传统算法相比，本文所提出的方法在遮蔽效应下能以较低的复杂度实现令人满意的方位估计性能，其均方根误差（RMSE）接近无遮蔽效应下的估计结果。

图1.圆柱共形阵（上）及其信号接收模型（下）

图2.所提方法处理流程

图3.所提方法部分仿真及实验结果

该论文的第一作者为bat365在线平台官方网站博士生李嘉恒，通讯作者为童峰教授，合作作者包括周跃海副教授、中科院沈阳自动化所杨翊副教授和胡志强研究员。该研究得到国家重点研发计划项目（2018YFE00110000）、国家自然科学基金项目（11274259、11574258）以及上海市科学技术委员会“科技创新行动计划”项目（21DZ1205500）的联合资助。

论文来源

J. Li, F. Tong, Y. Zhou, Y. Yang and Z. Hu, Conformal cylindrical array sound source localization at the presence of shadowed elements, IEEE Internet of Things Journal, 2023, doi: 10.1109/JIOT.2023.3278693.

论文链接

https://ieeexplore.ieee.org/document/10130541

供稿：童峰

编辑：苏颖

审核：汤立国、刘志宇、唐腾凤