[發(fā)明專利]基于MIMO雷達(dá)的多聲源定位與聲音重構(gòu)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010442001.7
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN112782685B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊玉勇;彭志科;李松旭;孟光
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01S13/06
• 分類號: G01S13/06;G01S7/41
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發(fā)明提供了一種基于MIMO雷達(dá)的多聲源定位與聲音重構(gòu)方法及系統(tǒng)，包括：步驟1：發(fā)射和接收線性調(diào)頻連續(xù)波微波信號，采集各通道雷達(dá)基帶信號，獲取雷達(dá)波束輻射區(qū)域的距離?角度像熱圖；步驟2：提取雷達(dá)波束輻射區(qū)域的距離?角度像熱圖中幅值達(dá)到預(yù)設(shè)值目標(biāo)的位移演變時間序列；步驟3：對提取的每個目標(biāo)的位移演變時間序列進(jìn)行濾波處理；步驟4：對濾波處理后的位移演變時間序列進(jìn)行滑動窗截取，得到頻譜并基于頻譜顯著性時變特征指標(biāo)辨別聲源目標(biāo)與非聲源目標(biāo)；步驟5：提取聲源目標(biāo)的距離和方位角信息，重構(gòu)聲音信號。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)多聲源精確定位，同時有效分離各個聲源的聲音信號并精確重構(gòu)，系統(tǒng)微型化、低功耗、計算效率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲源定位與聲音重構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于MIMO雷達(dá)的多聲源定位與聲音重構(gòu)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

聲源定位與聲音重構(gòu)在聲音分離與增強(qiáng)、目標(biāo)辨識與分類、機(jī)械系統(tǒng)故障診斷與噪聲分析、聲音采集與監(jiān)視及災(zāi)害營救與安全等方面發(fā)揮著重要作用，如何精確感知聲場中各個聲源信號的位置(距離和方位)同時高質(zhì)量地重構(gòu)聲音信號，一直是人們極力探索的重要任務(wù)和追求的目標(biāo)。

目前常見的聲源定位與聲音重構(gòu)技術(shù)有基于麥克風(fēng)陣列的方法和基于激光多普勒測振儀的方法。其中基于麥克風(fēng)陣列的聲源定位方法一般通過特定結(jié)構(gòu)組合的麥克風(fēng)陣列來獲取多個位置的聲音信號,然后通過陣列信號處理算法進(jìn)行聲源的定位與重建；基于激光多普勒測振儀的方法是通過測量發(fā)聲體表面的振動，恢復(fù)聲音信號。

現(xiàn)有的麥克風(fēng)陣列技術(shù)難以實現(xiàn)多聲源信號的重構(gòu)，亦難以獲得聲源和測量系統(tǒng)的距離信息，且為了獲得較準(zhǔn)確的聲源方位的定位，需要較多數(shù)量的麥克風(fēng)單元，造成陣列尺寸較大，數(shù)據(jù)和計算量龐大，在實際操作過程中受限。另外，在多聲源定位中，為了解決相干性問題，麥克風(fēng)陣列常要求聲源特性具有較大差異，且難以實現(xiàn)低頻聲源的定位。

基于激光多普勒測振儀的方法只能在已知聲源位置時，定向測量聲音信號，無法在未知情況下，實現(xiàn)聲源的準(zhǔn)確定位，也無法實現(xiàn)多聲源信號的重構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于MIMO雷達(dá)的多聲源定位與聲音重構(gòu)方法及系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明提供的基于MIMO雷達(dá)的多聲源定位與聲音重構(gòu)方法，包括：

步驟1：雷達(dá)天線正對待測區(qū)域，發(fā)射和接收線性調(diào)頻連續(xù)波微波信號，采集各通道雷達(dá)基帶信號，獲取雷達(dá)波束輻射區(qū)域的距離-角度像熱圖；

步驟2：提取雷達(dá)波束輻射區(qū)域的距離-角度像熱圖中幅值達(dá)到預(yù)設(shè)值目標(biāo)的位移演變時間序列；

步驟3：對提取的每個目標(biāo)的位移演變時間序列進(jìn)行濾波處理；

步驟4：對濾波處理后的位移演變時間序列進(jìn)行滑動窗截取，得到頻譜并基于頻譜顯著性時變特征指標(biāo)辨別聲源目標(biāo)與非聲源目標(biāo)；

步驟5：提取聲源目標(biāo)的距離和方位角信息，重構(gòu)聲音信號。

優(yōu)選的，所述獲取雷達(dá)波束輻射區(qū)域的距離-角度像熱圖的方法包括：

對掃頻周期的各通道基帶信號進(jìn)行二維快速傅里葉變換，先對各通道基帶信號分別進(jìn)行快速傅里葉變換，得到距離像信息；再對變換后的信號對每個距離單元對應(yīng)的多通道信號進(jìn)行快速傅里葉變換，得到角度像信息；

對二維快速傅里葉變換得到的二維頻譜取幅值計算，得到距離-角度像熱圖。

優(yōu)選的，所述位移演變時間序列提取方法包括：