[發明專利]一種利用信號時頻點角度分布信息的多聲源定位方法

在審

• 申請號: 202211243565.3
• 申請日: 2022-09-28
• 公開（公告）號: CN115656927A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 陶亮;關明熙;賈懋珅
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種利用信號時頻點角度分布信息的多聲源定位方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1，獲取錄制信號，并計算各時頻點的方位角以及仰角信息；

步驟2，對每一幀錄制信號在頻域上劃分子帶，構建各子帶內時頻點的方位角集合和仰角集合；

步驟3，分別對方位角的取值范圍和仰角的取值范圍進行區間劃分，確立方位角子區間和仰角子區間；

步驟4，將錄制信號中每個子帶時頻點的方位角劃分到對應的方位角子區間內，構建各子帶中不同角度子區間的方位角集合；確定不同方位角子區間集合內方位角的數量，保留包含方位角數量最多的方位角子區間集合；

步驟5，將每個子帶時頻點的仰角劃分到對應的仰角子區間內，構建各子帶中不同角度子區間的仰角集合；確定不同仰角子區間集合內仰角的數量，并保留包含仰角數量最多的仰角子區間集合；

步驟6，利用每幀各子帶保留的方位角集合，構建篩選出的方位角的集合；同時，利用每幀各子帶保留的仰角集合，構建篩選出的仰角集合；最后，分別對這兩個集合中的角度進行核密度估計，得到方位角和仰角的角度分布曲線，曲線中的峰值點所對應的角度值即為估計出的聲源的波達方向。

2.如權利要求1所述的一種利用信號時頻點角度分布信息的多聲源定位方法，其特征在于：

獲取各時頻點的方位角以及仰角信息：利用四通道聲場麥克風進行場景數據采集，采集到多個聲源發聲的錄制信號；分別將4個通道采集到的信號稱為M_UFL,M_DFR,M_DBL,M_UBR,此類信號記為A格式信號；B格式信號由A格式信號線性轉換得到，B格式信號的四個通道信號記為M_W,M_X,M_Y,M_Z，其中，M_W表示全向通道信號，M_X,M_Y,M_Z分別表示笛卡爾坐標系X、Y、Z三個坐標軸的通道信號；轉換公式如下：

將待處理的麥克風采集信號分為N幀，每一處理幀的幀長為K，即每一幀包含K個樣點；

在得到B格式信號之后，通過對B格式信號中的每一幀做K點的短時傅里葉變換得到時頻點(n,k)的時頻域系數M_W(n，k)，M_X(n，k)，M_Y(n，k)，M_Z(n，k)，其中n代表幀索引，n＝1,2...N，k代表頻率索引，k＝1,2...K；將B格式信號的時頻域系數通過如下公式計算得到時頻點(n,k)的活躍強度矢量:T_X(n,k)，T_Y(n,k)，T_Z(n,k)分別是時頻點(n,k)的活躍強度矢量在xyz三個方向上的分量；

其中，Re{·}表示計算實部，(·)*表示計算共軛，權重系數Q由下式求得：

其中，ρ和c分別表示介質的密度和聲速；時頻點(n,k)的方位角μ(n,k)以及仰角η(n,k)的計算公式如下：

對每一幀錄制信號在頻域上劃分子帶，構建各子帶內時頻點的方位角集合和仰角集合；

將每一幀信號在頻域均勻地劃分為L個子帶，每個子帶包含C個時頻點，其中C＝K/L；通過下式構建第n幀第l個子帶內時頻點的方位角集合和仰角集合

其中，k代表頻率索引，n代表幀索引，n＝1,2...N，l表示子帶索引，l＝1,2,...,L；

將錄制信號中每個子帶時頻點的方位角劃分到對應的方位角子區間內，構建各子帶中不同角度子區間的方位角集合；確定不同方位角子區間集合內方位角的數量，保留包含方位角數量最多的方位角子區間集合；

將每一幀麥克風錄制信號各子帶內時頻點的角度值劃分到對應的方位角子區間內；構建第n幀第l個子帶內落在第i個方位角子區間的方位角集合

隨后，通過下式計算內時頻點的數量

其中，表示計算方位角子區間集合內時頻點方位角的數量；根據通過下式計算出包含時頻點方位角數量最多的方位角子區間集合的索引：

得到第n幀第l個子帶內所保留的時頻點的方位角集合也就是說，是第n幀第l個子帶中包含最多時頻點角度值數量的方位角子區間集合；

將每個子帶時頻點的仰角劃分到對應的仰角子區間內，構建各子帶中不同角度子區間的仰角集合；確定不同仰角子區間集合內仰角的數量，并保留包含仰角數量最多的仰角子區間集合；

將麥克風錄制信號的每一幀中的每個子帶內的時頻點的角度值依次劃分到對應的仰角子區間內；構建一個第n幀第l個子帶內仰角落在第i個仰角子區間集合

隨后，通過下式計算內時頻點的數量

其中，表示計算仰角子區間集合內時頻點仰角的數量；

根據通過下式計算出包含時頻點方位角數量最多的方位角子區間集合的索引：

得到第n幀第l個子帶內所保留的時頻點的仰角集合也就是說，是第n幀第l個子帶中包含最多時頻點角度值數量的仰角子區間集合；

構建篩選出的方位角和仰角的集合，這兩個集合中的角度進行核密度估計，得到估計出的聲源的波達方向；

根據得到的第n幀第l個子帶的保留的時頻點的方位角集合構建篩選出的方位角的集合：

得到的第n幀第l個子帶的保留的時頻點的仰角集合構建篩選出的仰角的集合：

最后，分別對S^μ和S^η內的時頻點的角度進行核密度估計，并得到方位角和仰角的角度分布曲線，曲線中的峰值點所對應的角度值即為估計出的聲源的波達方向。

3.如權利要求1所述的一種利用信號時頻點角度分布信息的多聲源定位方法，其特征在于：分別對方位角的取值范圍和仰角的取值范圍進行區間劃分，確立方位角子區間和仰角子區間；由于方位角的取值范圍為[0°,360°]，仰角的取值范圍為[-90°,90°]，將方位角以20°為間隔將其劃分為18個方位角子區間，記i＝1,2,...,18；另外，將仰角以10°為間隔將其劃分為18個仰角子區間，記