[發(fā)明專利]基于麥克風陣列成像的壓縮波束形成及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112526451A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 王天楊;孫仕林;褚福磊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S5/18
• 分類號: G01S5/18;G06F17/16
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權代理有限公司 11327
• 代理人: 王迎;袁文婷

1.一種基于麥克風陣列成像的壓縮波束形成方法，其特征在于，包括：

根據(jù)目標聲源信息和待處理麥克風陣列中各傳感器的方位信息，建立所述待處理麥克風陣列中各麥克風所接收到的聲信號與所述目標聲源信息之間的聲學逆問題模型；

基于所述聲學逆問題模型對所述聲信號進行信號分割處理，并提取分割處理后的聲信號的頻率分量，以獲取與所述麥克風對應的信號分量；

在所述聲學逆問題模型中引入廣義最小最大凹懲罰函數(shù)，獲取與所述信號分量對應的壓縮波束形成的最優(yōu)化問題；

初始化所述最優(yōu)化問題的結果向量，并迭代求解所述最優(yōu)化問題，直至所述最優(yōu)化問題收斂在預設范圍內(nèi)，獲取與所述目標聲源對應的壓縮波束形成結果；

根據(jù)所述壓縮波束形成結果生成與所述壓縮波束對應的聲像。

2.如權利要求1所述的基于麥克風陣列成像的壓縮波束形成方法，其特征在于，所述聲學逆問題模型的建立過程包括：

根據(jù)所述目標聲源信息確定與所述目標聲源信息對應的預期聲源位置；

根據(jù)預期聲源位置確定重建平面，并將所述重建平面劃分為第一預設個數(shù)的聲源重建網(wǎng)格點；

根據(jù)所述傳感器的方位信息確定所述待處理麥克風陣列中各麥克風的方位信息，并獲取位于所述聲源重建網(wǎng)格點處的麥克風所接收到的聲信號；

基于所述聲信號與所述目標聲源之間的位置關系，在頻域建立所述聲信號與所述目標聲源之間的聲學逆問題模型。

3.如權利要求2所述的基于麥克風陣列成像的壓縮波束形成方法，其特征在于，所述獲取與所述麥克風對應的信號分量的過程包括：

設定快拍長度和信號交疊分割率；

基于所述快拍長度和所述信號交疊分割率對所述聲信號進行分段處理，分段后的聲信號表示為P＝[P₁,P₂,...P_K]，其中K表示所述聲信號的分段數(shù)量，P_k表示分段后的聲信號；

通過快速傅里葉變換將分段處理后的聲信號由時域轉換至頻域，并提取與預設目標頻率相關的信號分量；其中，所述信號分量表示為p_k。

4.如權利要求2所述的基于麥克風陣列成像的壓縮波束形成方法，其特征在于，所述聲信號的表達公式為：

其中，r_sj(j＝1,2,...,N)表示所述重建網(wǎng)格點的坐標，N表示所述重建網(wǎng)格點的個數(shù)，r_i(i＝1,2,...,M)表示所述麥克風的坐標，M表示所述麥克風陣列中麥克風的個數(shù)，q_j表示所述目標聲源的強度，表示所述目標聲源的波數(shù)，c表示聲速，ω_jt表示角速度與時間乘積，表示虛數(shù)單位。

5.如權利要求3所述的基于麥克風陣列成像的壓縮波束形成方法，其特征在于，所述聲學逆問題模型的表達公式為：

p_k＝Gq_k+n_k

其中，p_k(k＝1,2,3…，K)表示所述分段處理后提取的與所述預設目標頻率相關的聲信號分量，k表示所述聲信號的分段數(shù)量，p_k＝[p_k1(f),p_k2(f),...,p_kM(f)]^T，q_k表示所述目標聲源，q_k＝[q_k1(f),q_k2(f),...,q_kN(f)]^T，n_k表示噪聲向量，G表示感知矩陣，G的表達式如下所示：

其中，r_sj(j＝1,2,...,N)表示所述重建網(wǎng)格點的坐標，N表示所述重建網(wǎng)格點的個數(shù)，r_i(i＝1,2,...,M)表示所述麥克風的坐標，M表示所述麥克風陣列中麥克風的個數(shù)，q_j表示所述目標聲源的強度，表示所述目標聲源的波數(shù)，c表示聲速，ω_jt表示角速度與時間乘積，表示虛數(shù)單位。