[发明专利]一种可调响应时频谱声源定位方法及系统

说明书

本发明提出了一种可调响应时频谱声源定位方法及系统，本发明方法通过对互相关系数进行时频变换，利用延迟求和波束形成的原理，获得包含信号频率信息的定位空间能量分布，然后进行约束最大似然估计，构建定位特征矩阵，并进一步采用聚类与加权融合方式提高定位精度和速度，克服没有考虑频率信息造成定位不准确的技术缺陷。

技术领域

本发明涉及声源定位技术领域，特别是涉及一种可调响应时频谱声源定位方法及系统。

背景技术

声源定位广泛的应用于许多领域，目前的声源定位方法从定位原理上可分为两类，一类是基于到时/到时差估计的两步定位方法，一类是基于波束形成的一步定位法。两步定位法的定位精度受限于时差估计精度和定位算法性能。高精度的时差/到时差估计需要高质量的数据，因此，两步定位法的抗干扰能力差。一步定位法能够充分利用信号的时间、能量以及频率信息，抗干扰能量强，定位精度高，应用范围广。但是上述方法都只考虑了阵列信号的时间信息，没有考虑频率信息对定位的约束，造成定位不准确。现有的一步定位法，例如SRP-PHAT，虽然该方法具有一定的抗噪性能，但是由于其利用了信号的全频段信息，由于噪声干扰造成定位空间能量分布存在大量局部极值，导致声源定位精度降低以及优化求解过程收敛速度慢等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可调响应时频谱声源定位方法及系统，以克服现有定位方法中定位精度低、定位速度慢的技术缺陷，提高定位精度和定位速度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种可调响应时频谱声源定位方法，所述定位方法包括如下步骤：

计算传感器阵列中每两个传感器采集的振动信号的互相关系数；

对每个所述互相关系数分别进行时频变换，获得互相关系数的时频谱；

根据每个互相关系数的时频谱，利用延迟求和波束形成的原理，获得包含信号频率信息的定位空间能量分布；

采用约束最大似然估计的方式，确定频率约束范围内的不同频率振动信号的定位空间能量分布最大值对应的定位特征向量，构建定位特征矩阵；

对所述定位特征矩阵中的定位特征矢量进行聚类与加权融合，得到声源定位结果。

可选的，所述根据每个互相关系数的时频谱，利用延迟求和波束形成的原理，获得包含信号频率信息的定位空间能量分布，具体包括：

根据每个互相关系数的时频谱，利用延迟求和波束形成的原理，获得包含信号频率信息的定位空间能量分布为：

其中，P(x,f)表示定位空间能量分布，τ(x)表示空间位置x到第i个传感器和第j个传感器之间的时差，f表示振动信号频率，表示第(i，j)个时频变换后的互相关系数R_i,j的时频变换函数值；s_i(t)表示第i个传感器采集的振动信号，表示第j个传感器采集的振动信号s_j(t+τ(x))的同步压缩S变换函数值，t表示第i个传感器采集振动信号的时间，N表示传感器阵列中传感器的数量。

可选的，所述采用约束最大似然估计的方式，确定频率约束范围内的不同频率振动信号的定位空间能量分布最大值对应的定位特征向量，构建定位特征矩阵，具体包括：

采用约束最大似然估计的方式，求解公式获得定位特征矩阵为A＝[a₁,a₂,...,a_m,...a_M]；