[发明专利]一种基于渐进串行正交化盲源分离算法的改进声源定位方法及其实现系统

说明书

本发明涉及一种基于渐进串行正交化盲源分离算法的改进声源定位方法及其实现系统，包括步骤如下：(1)采集声音信号并存储；(2)对声音信号分离，得到独立声源信号；(3)对独立声源信号，通过模式匹配算法，选取需要定位的声音的独立声源信号；(4)根据模式匹配的结果，如果为单一声源，先粗定位：求取信号的包络，低分辨率采样，通过广义自相关函数法粗略计算时延，根据粗略定位的点数对信号进行时域搬移；再细定位：高分辨率采样，通过广义自相关函数法计算时延，得到精确时延，求解出声源位置；如果为多个声源，则通过TDOA算法计算时延，求解声源位置；相比传统的TDOA算法，此种算法可以一定程度上提高精度，并减少算法运算量。

技术领域

本发明涉及一种基于渐进串行正交化盲源分离算法的改进声源定位方法及其实现系统，属于声源定位技术领域。

背景技术

声音是自然界中信息传播的一个重要载体，通过获取声音信号，人们不单能获取到声音承载的语音信息，还能根据声音传播的特性和传播路径本身，通过声源定位技术，还可以获取声音承载的内容信息之外的位置信息。根据声音的这两种特性，所以声音信号的获取在安全监控、定位搜寻、区域探测等领域有着不可替代的作用。

早先对于未知目标位置的定位方法主要依靠无线电、激光、超声等方式进行，通过主动发射探测信号并接收经被测物体反射回来的反射波来分析和计算被测物体的位置信息。因为是主动方式进行探测，发射和接收都要使用预先制定的频率波，所以不易受自然环境干扰，且具有高精度和高抗干扰的特性。但是主动式定位方式需要有强大的发射功率，这会在功率不足或某些能源限制环境下无法得到应用。而声源定位采用被动式原理，便于隐藏，使用广泛存在的声波，再加上设备成本低、功耗低，因而得到了广泛的关注和应用。

盲源分离技术是20世纪90年代发展起来的一种信号处理方法，是在不知源信号和传输通道的参数的情况下，根据源信号的统计特性，仅由观测信号恢复出源信号各个成分的过程。这里的“源”指原始信号，即独立成分；“盲”一是源信号不能被观测到，二是源信号的混合方式未知，因此，在源信号与传输信道参数都未知的情况下，可以用盲源分离技术来处理混合声音信号。渐进串行正交化盲源分离算法是盲源分离算法的一种，通过渐进正交化的不动点迭代找到独立成分。

基于到达时延的声源定位。假定一个以定速在空气中传播的声波，它到达位于不同位置的一对接收机的相位不同，根据接收机接收到的声音信号的相位差别，通过时延算法求得声音到各个接收端的时间差，进而求得声源位置。该定位算法有以下几个优点：一是设备要求不高；二是步骤简单，计算量小；二是方便与其它需要定位数据的系统结合。

中国专利文献CN104181506A公开了一种基于改进PHAT加权时延估计的声源定位方法，该系统由麦克风阵列采集4路声音信号，通过A/D采样电路转化为数字信号，并通过改进的PHAT加权广义互相关函数法进行时延估计算法处理，获得时延估计值，再结合放置的麦克风阵列空间位置，利用迭代法解非线性方程组，从而得到声源的相对位置。但是，该专利所述系统不能辨识多个声源，也不能分辨带有方向性的噪声。

中国专利文献CN 104614069A公开了基于联合近似对角化盲源分离算法的电力设备故障音检测方法，具体步骤包括：(1)采用麦克风阵列；(2)采用基于联合近似对角化盲源分离算法针对步骤(1)采用麦克风阵列采集的声音信号分离各个独立声源信号；(3)提取独立声源信号的Mel频率倒谱系数MFCC作为声音特征参数，通过模式匹配算法识别声音信号，将待测试声音模板与所有的参考样本模板进行匹配后，匹配距离最小的参考样本模板就是电力设备工作音识别的结果。但是该专利采用的联合近似对角化算法的性能受协方差矩阵数量的影响较大，当矩阵的数量越大时，运算越复杂。

发明内容

为了克服现有声源定位方法中不能辨识多个声源的不足，本发明提出了一种基于渐进串行正交化盲源分离算法的改进声源定位方法；

本发明还提出了上述改进声源定位方法的实现系统。

本发明的技术方案为：