[發明專利]一種基于互譜相位擬合的時延估計方法

在審

• 申請號: 202010633065.5
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111856401A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 唐嵐;李保偉;張興敢
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產權代理事務所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔

本發明公開了一種基于互譜相位擬合的時延估計方法，包括以下步驟：利用麥克風陣列采集空間聲源信號；通過傳統GCC時延估計算法計算每兩組陣元接收信號之間的時延整數部分；重新抽樣信號，計算互功率譜；對互譜進行頻域濾波，利用互譜相位跟頻率的線性關系計算每個頻點的時延值、擬合得到分數時延估計值，綜合確定整體時延。本發明支持整數時延估計誤差不大的情況下，實現對兩路麥克風接收信號時延值較為準確的估計。

技術領域

本發明屬于陣列信號處理領域，具體涉及一種基于互譜相位擬合的時延估計方法。

背景技術

基于麥克風陣列時延估計算法的聲源定位技術具有原理簡單、實時性強等特點，因此應用廣泛。該技術主要分為兩步：第一步是根據麥克風陣列各陣元的接收信號，估計每兩路接收信號的相對時延，目前主要有GCC、基于LMS自適應濾波器等時延估計算法；第二步結合聲源與麥克風陣列的空間幾何關系進行聲源定位。實際聲源定位的精度取決于時延估計精度，而由于環境噪聲、系統采樣等各種因素影響，時延估計誤差會非常大。利用傳統的時域濾波器會產生一定相位時延，而線性相位濾波器對系統有較高的要求，不便于實際應用；基于插值、多項式擬合等算法的分數階時延估計存在精度不夠高、計算量過于復雜等一系列問題。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種基于互譜相位擬合的時延估計的方法，支持整數延遲誤差不大的情況下，實現對兩路信號相對時延較為準確的估計。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為一種基于互譜相位擬合的時延估計方法，包括以下步驟：

1)利用麥克風陣列采集聲源信號，計算每兩路接收信號整數部分時延；

2)根據整數部分時延，重新抽樣，構建延遲點數小于1的兩路接收信號，求出互功率譜；

3)對所述互功率譜進行頻域濾波，去除噪聲、雜波干擾；

4)利用互譜相位跟頻率的線性關系計算每個頻點的時延，擬合得到分數部分時延估計值，綜合得到整體時延。

進一步地，所述步驟1)包括以下步驟：

11)利用麥克風陣列采集聲源信息，在同一時刻抽樣長度為N的兩路接收信號

12)根據傳統GCC(Generalized Cross Correlation,廣義互相關)時延估計算法計算相對時延整數部分m。

進一步地，所述步驟2)包括以下步驟：

21)信號不變，將信號抽樣位置順延m個采樣單元，重新抽樣長度N得到

22)對信號分別進行FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里葉變換)轉換到頻域，得到再將取共軛與相乘得到互功率譜

進一步地，所述步驟3)包括以下步驟：

31)將聲源信號頻率范圍[f₁,f₂]除以頻率分辨率f₀、取整，得到相應的正頻率部分頻點k值范圍[k₁,k₂]；

32)設計一個長度為N的濾波器，系數在范圍內的值取1，其余為0，而后與互譜進行點乘運算得到新互譜，實現頻域濾波；也可以區分正負頻率，直接將互譜在頻點范圍[k₁,k₂]、[-k₂,-k₁]以外的值置0的方式達到濾波效果；

33)利用angle函數獲得濾波后的互譜相位N'為濾波后保留的互譜長度。

進一步地，所述步驟4)包括以下步驟：

41)根據互譜相位與頻率的線性關系，將除以得到每個頻點的時延值