[发明专利]一种基于差分麦克风阵列的三维声源定位方法

权利要求书

1.一种基于差分麦克风阵列的三维声源定位方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：利用最小角定理重构差分麦克风阵列导向矢量，并利用重构后的差分麦克风阵列导向矢量改进传统的二维Capon算法，将改进后的二维Capon算法命名为2D-DMACapon；

步骤2：借助两个L型差分麦克风子阵列，利用2D-DMACapon算法获得两组空间中声源的方位角与俯仰角；

步骤3：根据获得的两组空间中声源的方位角与俯仰角，求解得到空间中的声源位置坐标；

所述步骤1包括下述步骤：

步骤1.1：利用最小角定理将三维空间中声源信号的方位角φ、俯仰角θ分别转化为声源信号与x轴的夹角α、与y轴的夹角β：

步骤1.2：基于公式(1)，对二维DOA估计中L型差分麦克风阵列导向矢量进行降维，得到降维后的x轴导向矢量d′_x、y轴导向矢量d′_y分别为：

d′_x＝[1 e^-jωdcosα/c ... e^{-j(M-1)ωdcosα/c}]^T (2)

d′_y＝[1 e^-jωdcosβ/c ... e^{-j(K-1)ωdcosβ/c}]^T (3)

其中，j为虚数单位，ω＝2πf，f为声源信号的频率，d为L型差分麦克风阵列中相邻麦克风的间距，c为空气中声音的传播速度，M为x轴上麦克风的个数，K为y轴上麦克风的个数；

步骤1.3：利用降维后的导向矢量对传统的二维Capon算法进行改进，将改进后的二维Capon算法命名为2D-DMACapon，通过搜索2D-DMACapon算法的谱峰值获得声源信号的DOA估计值为

其中，α_s、β_s分别为转向时波束主瓣与x轴的夹角、与y轴的夹角；

式(4)中，C(α_s)、C(β_s)、R分别为

R＝[R_x,R_y]^T (7)

式(5)中，a_1,0＝a_1,1＝1/2，R_x、R_y分别为L型差分麦克风阵列中x轴上输出信号x(t)、y轴上输出信号y(t)的协方差矩阵；x(t)、y(t)分别为x轴、y轴上的麦克风接收到的声源信号；

所述步骤2具体包括：

借助两个L型差分麦克风子阵列，其中两个L型差分麦克风子阵列之间的距离为1米，利用2D-DMACapon算法估计得到每组空间中α、β的估计值利用每组空间中的计算该组空间中声源信号的方位角φ、俯仰角θ的估计值分别为

所述步骤3具体包括：

利用步骤2获得的两组二维DOA估计值与计算得到空间中声源位置(x,y,z)的估计值

当且且且时，分别为

当且时，分别为

当且时，分别为

令当且时，为

当时，