[發(fā)明專利]主動聲源定位與聲音信號重構方法及裝置

有效

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• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111624588B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設計）人: 熊玉勇;彭志科;李松旭;孟光;何清波
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01S13/06
• 分類號: G01S13/06;G01S7/41
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種主動聲源定位與聲音信號重構方法及裝置，通過連續(xù)旋轉并采集雷達前端的基帶信號，對基帶信號進行局部加權消除由于環(huán)境中其他靜態(tài)物體在雷達前端旋轉過程中引起的相對運動及低頻振動物體的干擾，獲取高頻振動分量信號；然后通過對高頻振動分量信號進行短時傅里葉變換處理，得到時頻分布圖并計算得到聲源目標的方位角；將雷達天線正對辨識出的聲源，采集雷達前端的基帶信號，提取聲源的振動位移時域波形信號，進而重構聲音信號。本發(fā)明通過定向測試實現(xiàn)多聲源的準確定位與分離以及對聲音信號的精確重構，在噪聲較大和密閉環(huán)境中同樣可以發(fā)揮良好的檢測特性，系統(tǒng)具有微型化、低功耗、操作簡便以及計算效率高等優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及一種聲源定位與聲音信號重構領域的技術，特別涉及一種基于單頻連續(xù)波雷達的主動聲源定位與聲音信號重構方法及裝置。

背景技術

聲源定位技術在聲音信號采集與檢測、機械設備故障檢測與噪聲分析、軍事偵查以及其他噪聲源定位中發(fā)揮著關鍵作用。如何精確感知聲場中各個聲源信號的位置，同時重構聲音信號，一直以來都是人們研究的重要內(nèi)容。現(xiàn)有聲源定位方法主要是基于麥克風陣列的聲源定位方法，通過構建特定形式的麥克風陣列組合獲取聲源產(chǎn)生的聲音信號，然后利用陣列信號處理算法進行聲源定位和聲音信號的重建。但是，這種聲源定位方法的本質(zhì)是采集傳播過程中的聲音信號，在密閉隔音容器中的儀器檢測或者雜音干擾較大環(huán)境中的使用受限，且麥克風單元數(shù)量較多，陣列的尺寸相應較大。在多個聲源的定位過程中，難以解決相干性問題，且麥克風陣列對500Hz以下聲音信號檢測效果較差，難以實現(xiàn)低頻聲源的準確定位。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術難以實現(xiàn)聲源的準確定位和聲源信號的精確重構、麥克風陣列在噪聲干擾大和隔音環(huán)境中的測量問題以及多聲源定位中的相干性問題和低頻聲源的定位困難問題，提出一種主動聲源定位與聲音信號重構方法及裝置。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種主動聲源定位與聲音信號重構方法，通過連續(xù)旋轉并采集雷達前端的基帶信號，對基帶信號進行局部加權消除由于環(huán)境中其他靜態(tài)物體在雷達前端旋轉過程中引起的相對運動及低頻振動物體的干擾，獲取高頻振動分量信號；然后通過對高頻振動分量信號進行短時傅里葉變換處理，得到時頻分布圖并計算得到聲源目標的方位角；將雷達天線正對辨識出的聲源，采集雷達前端的基帶信號，提取聲源的振動位移時域波形信號，進而重構聲音信號。

本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)，包括：雷達前端、旋轉平臺、處理器、控制器和顯示與保存模塊，其中：用于發(fā)射并接收連續(xù)波微波信號、輸出基帶信號的雷達前端固定設置于旋轉平臺上，雷達前端與處理器相連并傳輸雷達基帶信號，處理器與顯示與保存模塊相連并傳輸聲源目標位置信息和聲源振動信號，控制器與旋轉平臺、雷達前端、處理器以及顯示與保存模塊相連并傳輸控制信號，顯示與保存模塊對測量結果進行顯示與保存。

技術效果

本發(fā)明整體解決現(xiàn)有技術中系統(tǒng)陣列尺寸大，計算量高、低頻聲音信號檢測效果差、多聲源定位過程中的相干性以及難以實現(xiàn)噪聲較大和密閉環(huán)境中聲源定位與重構的問題。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過連續(xù)旋轉雷達前端實現(xiàn)聲源的快速定位和定向測試實現(xiàn)多聲源的準確定位與分離以及對聲音信號的精確重構，同時微波具有穿透性，在噪聲較大和密閉環(huán)境中同樣可以發(fā)揮良好的檢測特性，系統(tǒng)具有微型化、低功耗、操作簡便以及計算效率高等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于單頻連續(xù)波雷達的聲源定位方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例中雷達前端安裝平臺的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中I通道、Q通道基帶信號及其局部加權線性平滑回歸信號；

圖4為本發(fā)明實施例中I通道、Q通道獲取高頻振動信號分量；

圖5為本發(fā)明實施例中I通道高頻信號的時頻分析圖；