[發明專利]一種面向低頻高斯噪聲源的聲源定位仿真方法

有效

• 申請號: 201910159165.6
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN109884592B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 初寧;黃乾;寧岳;汪琳琳;吳大轉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 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低頻高斯噪聲源的聲源定位仿真方法，包括：將聲源所在平面作為聲源掃描平面，將聲源掃描平面劃分成若干個網格；設置麥克風陣列采集聲信號，輸出麥克風陣列信號作為陣列輸出信號，對陣列輸出信號進行頻譜分析以及時頻譜分析，得到聲信號的特征頻率；對陣列輸出信號表達式的等號兩邊的式子分別求協方差矩陣得到等號左側協方差矩陣和等號右側協方差矩陣；將等號左側協方差矩陣按行展開，并轉置成列向量形式，將得到的列向量作為壓縮感知的測量值；將等號右側協方差矩陣按行展開，得到壓縮感知的矩陣表達式；通過測量值和矩陣表達式計算聲源的能量向量，定位聲源位置。上述方法具有高分辨率和極好的抗噪性。

技術領域

本發明涉及信號處理領域，具體涉及一種面向低頻高斯噪聲源的聲源定位仿真方法。

背景技術

聲源定位，就是用非接觸、遙感方式表征聲音的位置和能量信息，找到異常噪聲源的位置，以可視化圖像的形式給出聲音的空間分布特征。

目前高分辨率聲源定位方法主要是譜估計類算法，例如MUSIC算法和ESPRIT算法。

但是，現有技術中至少存在以下缺點和不足：

MUSIC算法和ESPRIT算法都是基于特征值分解的算法，所以必須預知信源數目才能準確估計聲源的位置。但是在實際應用中，根本無法準確預估聲源的數目，再考慮到聲音傳播過程中的折射，反射現象造成的混響效應，對于該算法的性能也會造成極大的影響。除此之外，MUSIC算法還無法對聲源的絕對能量信息進行準確的估計，只能預估能量的相對值大小。

壓縮感知技術是指一種尋找欠定線性系統的稀疏解的技術。它可以突破奈奎斯特采樣定理的極限，用較少的測量值復原出原始信號，從而應用于獲取和重構稀疏信號。將壓縮感知技術用在陣列信號處理領域，通過稀疏波束圖整形的方法限制波束圖中陣列增益較大的元素個數，同時鼓勵較大的陣列增益集中在波束主瓣中，從而達到降低旁瓣水平同時，提高主瓣中陣列增益水平，最終有效提高聲源定位算法的分辨率。

現有的聲源定位算法大多存在分辨率低，抗噪性差的問題，尤其在低信噪比條件下無法達到較好的分辨率。因此，亟需一種能夠有效提高定位的分辨率，同時極大的提高算法的抗噪性，在低信噪比、低頻條件下也能夠得到高分辨率的聲源定位方法。

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低頻高斯噪聲源的聲源定位仿真方法，引入了壓縮傳感技術，能夠有效提高定位的分辨率，同時極大的提高了算法的抗噪性，在低信噪比、低頻條件下也能夠得到高分辨率。

為了提高聲源定位算法的分辨率和穩定性，本發明提出將壓縮感知技術應用在陣列信號處理中，極大的提高了波束圖的主瓣增益，從而獲得高精度和高分辨率。

一種面向低頻高斯噪聲源的聲源定位仿真方法，包括：

(1)將聲源所在平面作為聲源掃描平面，將聲源掃描平面劃分成若干個網格；

(2)設置麥克風陣列采集聲信號，輸出麥克風陣列信號作為陣列輸出信號，對陣列輸出信號進行頻譜分析以及時頻譜分析，得到聲信號的特征頻率；

(3)對陣列輸出信號表達式的等號兩邊的式子分別求協方差矩陣得到等號左側協方差矩陣和等號右側協方差矩陣，所述的陣列輸出信號表達式為：

X＝AS+N

其中，X為陣列輸出信號矩陣，A為麥克風陣列的方向矩陣，S為聲信號矩陣，N為噪聲矩陣；

(4)將等號左側協方差矩陣按行展開，并轉置成列向量形式，將得到的列向量作為壓縮感知的測量值；

(5)將等號右側協方差矩陣按行展開，得到壓縮感知的矩陣表達式；

(6)通過測量值和矩陣表達式計算聲源的能量向量，定位聲源位置。