[發明專利]一種面向旋轉聲源的高分辨率定位方法

有效

• 申請號: 201910014966.3
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109683134B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 初寧;黃乾;汪琳琳;寧岳;吳大轉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20;G06F17/14;G06F17/16
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種面向旋轉聲源的高分辨率定位方法，包括：設置聲源掃描網格平面和麥克風陣列，采集待測聲源的聲信號得到原始聲信號，進行頻譜和時頻譜分析，得到原始聲信號的信號頻率；將得到的原始聲信號分為若干段子信號，每段子信號包含的采樣點數不小于定位聲源位置所需的最小采樣點數；將子信號代入Capon波束形成算法運算，對聲源掃描平面的所有網格進行逐一掃描，確定該段子信號所對應的時間段內的待測聲源的位置；重復代入、掃描進而確定原始聲信號所對應的時間段內的待測聲源的位置。上述方法將時域采樣點進行分段處理，能夠定位旋轉聲源在某一個瞬時的位置，在低信噪比條件下依然能夠保持較好的定位精度。

技術領域

本發明涉及聲學信號處理技術領域，具體涉及一種面向旋轉聲源的高分辨率定位方法。

背景技術

聲源定位是采用水聽器和傳聲器等聲信號傳感器對聲音信號進行采集，再通過一系列的處理算法定位出目標聲源的位置和能量信息。目前聲源定位領域常用的定位算法主要分為波束形成類算法和譜估計法。

譜估計法是采用特征值分解或者子陣列平移不變性進行譜峰估計。譜估計算法雖然具有很好的空間分辨率，但是該優良性能只有在理想條件下才能獲得，而且需要預先知道聲源的數目，所以在實際定位中該算法不一定還能保持極高的分辨率。

波束形成技術實際上是一種基于極大似然估計的算法，就是對各陣元輸出做延時、加權求和處理，使得陣列的輸出對某一指定方向入射的信號響應最大。常規的波束形成算法由于只對某一個方向的聲源具有較高的分辨率，其他方向的聲源信號會對目標聲源方向產生影響，產生旁瓣、柵瓣等，導致識別的精度受到限制。

Capon波束形成算法是在常規波束形成的基礎上，通過Capon提出的最小方差無失真響應方位估計波束器，使得噪聲和干擾信號等非輸出信號響應降到最低，提高聲源定位分辨率，同時還能對絕對聲壓級做出較準確的估計，保持較高的能量分辨率和位置分辨率。

旋轉聲源的定位不同于普通的靜止聲源，這是由于傳感器每一次在采集聲信號時，旋轉聲源所處的位置都在變化；而對于一處聲源進行定位時需要一定數量的時域采樣點數才能準確的定位出目標聲源的位置，這樣就使得聲源的旋轉與時域采樣之間存在矛盾。

現有的針對旋轉聲源定位的技術大多存在分辨率低，實時性差的問題，尤其對于低頻信號更是無法準確定位每一個瞬時聲源的所在位置。因此，開發面向旋轉聲源的高分辨率定位方法具有重要意義和現實價值。

發明內容

針對本領域存在的不足之處，本發明提供了一種面向旋轉聲源的高分辨率定位方法，具有較高的分辨率，將時域采樣點進行分段處理，能夠定位旋轉聲源在某一個瞬時的位置。

本發明的設計思路包括：

(1)提高采樣頻率，使得同一個聲源在一段采樣時間內移動距離非常小，將該聲源在該段采樣時間內的所有位置模糊成一個點聲源進行定位。

(2)提高定位算法的精度，采用盡量少的時域采樣點數獲得盡量高的定位精度。

一種面向旋轉聲源的高分辨率定位方法，包括：

(1)將待測聲源旋轉時所在平面作為聲源掃描平面，并劃分為若干個網格；

(2)設置麥克風陣列對待測聲源的聲信號進行采集，得到原始聲信號，并進行頻譜分析和時頻譜分析，得到原始聲信號的信號頻率，設置的麥克風陣列平面與聲源掃描平面平行；

(3)將得到的原始聲信號劃分為若干段子信號，每段子信號包含的采樣點數不小于定位聲源位置所需的最小采樣點數N；

(4)將所述的子信號代入Capon波束形成算法運算，對聲源掃描平面的所有網格進行逐一掃描，確定該段子信號所對應的時間段內的待測聲源的位置；