[發明專利]一種利用聲源間稀疏成分均衡的多聲源定位方法

有效

• 申請號: 201910784643.2
• 申請日: 2019-08-23
• 公開（公告）號: CN110398716B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 賈懋珅;吳宇軒;鮑長春
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20;G01S5/22;G01S3/808;G01S3/80
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

1.一種利用聲源間稀疏成分均衡的多聲源定位方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1，對采集信號進行分幀處理，利用短時傅里葉變換對聲場麥克風采集信號進行時-頻變換，獲得信號的頻域系數；

步驟2，將頻域系數按頻率劃分為若干子帶，計算每幀信號同一頻率范圍子帶內聲場麥克風各通道間的采集信號歸一化互相關系數；

步驟3，根據歸一化互相關系數檢測單聲源子帶，計算單聲源子帶內的各時-頻點的角度估計值；

步驟4，利用子帶內時-頻點信息，計算得到單聲源子帶的角度粗估計值；

單聲源子帶的角度粗估計值計算方法如下：若子帶Ω_nm為單聲源子帶，則該子帶的角度粗估計值由下式計算：

其中，Re代表取實部運算，*代表共軛運算；

步驟5，根據幀內各個單聲源子帶的角度粗估計值計算本幀內每個聲源的幀稀疏度，依賴幀稀疏度來確定幀內強稀疏性聲源；

所述的幀內強稀疏性聲源判別方法如下：

5.1)根據角度粗估計值將單聲源子帶映射到若干個聲源上，具體為：將一幀內所有單聲源子帶對應的角度粗估計值按升序排列，設θ為預設的角度閾值，若相鄰粗估計角度值的差值大于θ，則表示兩個角度粗估計值分屬兩個聲源，否則表示屬于同一聲源，從而得到一幀內映射到各個聲源的角度粗估計個數；

5.2)計算所有聲源在第n幀的幀稀疏度，其中第p個聲源在第n幀的幀稀疏度Γ_np由下式計算：

其中，p＝1,2,…,P，G_np為第n幀內映射到第p個聲源的角度粗估計個數；

5.3)判斷幀內強稀疏性聲源，判斷條件為：若Γ_np大于閾值σ，則認為第p個聲源在第n幀內具有較多的單聲源子帶，即第p個聲源是第n幀的幀內強稀疏性聲源；

5.4)計算幀內強稀疏性聲源角度，具體為：對于判斷得到的幀內強稀疏性聲源，將映射到該幀內強稀疏性聲源的各個角度粗估計值的平均值作為其角度粗估計值;

步驟6，設定均衡處理區間，在處理區間內，利用各幀信號的幀內強稀疏性聲源的角度估計信息計算各個幀內強稀疏性聲源的區間稀疏度，并以此確定區間強稀疏性聲源，具體如下，6.1)設定均衡處理區間，該處理區間以幀為單位，每個處理區間包含Δ_e幀信號，且相鄰處理區間不包含重疊幀；其中，當前區間為第Q個均衡處理區間，則區間內包含第n,n-1,n-2,...,n-Δ_e+1幀信號，判斷每一幀的幀內強稀疏性聲源并計算其角度，則第Q個均衡處理區間內所有的幀內強稀疏性聲源可由集合Ψ′_Q表示

其中P′_n-δ為第n-δ幀的幀內強稀疏性聲源個數，表示第n-δ幀的第p′_n-δ個幀內強稀疏性聲源角度，p′_n-δ＝1,2,…,P′_n-δ；

6.2)根據角度粗估計值將當前區間幀內強稀疏性聲源映射到若干個聲源上，具體為：將Ψ′_Q中的所有角度按升序排列，若相鄰的幀內強稀疏性聲源角度的角度差小于預設閾值θ，則表示兩個幀內強稀疏性聲源屬于同一個聲源，否則表示屬于不同聲源；

6.3)根據映射到各個聲源的幀內強稀疏性聲源的個數，計算各聲源在當前均衡區間內的區間稀疏度，其中第p個聲源在第Q個均衡區間內的區間稀疏度Γ′_Qp可由下式計算：

其中，p＝1,2,…,P，G′_Qp為第Q個均衡區間內映射到第p個聲源的幀內強稀疏性聲源的個數；

6.4)判斷區間強稀疏性聲源，判斷條件為：若Γ′_Qp大于預設閾值ξ則認為第p個聲源為第Q個均衡處理區間的區間強稀疏性聲源；

6.5)計算區間強稀疏性聲源角度，具體為：對于判斷得到的區間強稀疏性聲源，將映射到該區間強稀疏性聲源的各個幀內強稀疏性聲源角度的平均值作為該區間強稀疏性聲源角度；第Q個均衡區間內所有的區間強稀疏性聲源可由集合Ψ″_Q表示，其中P_Q表示第Q個均衡處理區間內的區間強稀疏性聲源總數，表示第Q個均衡區間內第p_Q個區間強稀疏性聲源角度，p_Q＝1,2,…,P_Q；

步驟7，選擇H個經均衡處理后的均衡處理區間，根據這些區間中的時頻點角度估計值屬于各個區間強稀疏性聲源的數量計算各個區間強稀疏性聲源的全局稀疏度，根據全局稀疏度對區間強稀疏性聲源進行篩選并最終確定全局強稀疏性聲源，其中H個均衡處理區間中的時頻點角度估計值可由集合Π_Q表達，其中h＝1,2,…,H，Φ_Q-h代表第Q-h個處理區域經均衡處理后的時-頻點角度估計值集合；

所述的各個區間強稀疏性聲源的全局稀疏度的計算方法如下：

1)判斷時-頻點角度估計值是否屬于第Q個均衡處理區間的第p_Q個區間強稀疏性聲源，并統計第Q個均衡處理區間的第p_Q個區間強稀疏性聲源的時-頻點角度估計值的數量，其中判決條件為：

其中h′＝Δ_e,Δ_e+1,…,(H+1)Δ_e-1,為預設閾值；

2)利用Π_Q計算區間強稀疏性聲源的全局稀疏度，其中，第Q個均衡處理區間的第p_Q個區間強稀疏性聲源在整體信號中的全局稀疏度為則可由下式計算：

其中B為Π_Q中時-頻點角度估計值總數量，為Π_Q中屬于第Q個均衡處理區間的第p_Q個區間強稀疏性聲源的時-頻點角度估計值的數量；

所述的全局強稀疏性聲源的判斷方法為：若大于預設閾值λ，則第Q個均衡處理區間的第p_Q個區間強稀疏性聲源確定為全局強稀疏性聲源，即最終確定的強稀疏性優勢聲源；對Ψ″_Q內所有區間強稀疏性聲源進行判斷，保留滿足判決條件的聲源角度，則這些保留的聲源角度即為全局強稀疏性聲源角度；

所述的均衡處理包括：

1)設定角度移除范圍，其中第Q個均衡處理區域有D_Q個全局強稀疏性聲源，則第Q個均衡處理區域的角度移除范圍由下式得到：

其中，為第Q個均衡處理區間的第d_Q個全局強稀疏性聲源的角度，d_Q＝1,2,…,D_Q，D_Q為第Q個均衡處理區間的全局強稀疏性聲源的總個數；

2)對于每個處理區間，刪除角度估計值落入角度移除范圍的各個時-頻點；

步驟8對若干個經均衡處理后的區間內保留的時-頻點的角度估計值進行后處理以獲得聲源角度估計。