[发明专利]一种基于子阵划分的鲁棒自适应波束形成定向拾音方法

权利要求书

1.一种基于子阵划分的鲁棒自适应波束形成定向拾音方法，所述方法包括：

对均匀面阵列接收的时域信号进行短时傅立叶变换，得到频域信号；

对均匀面阵列按照均匀有重叠阵元的方式进行子阵划分，得到若干个子阵；

对每个子阵的频域信号使用延时求和波束形成器，得到各个子阵的输出信号；

依据延时求和波束形成器的输出信号，进行DOA估计，判断当前帧是否有目标信号，并进行DOA信息标记；

使用MVDR波束形成算法对各个子阵的输出信号进行预增强，得到预增强结果；

根据DOA信息标记结果及预增强结果，进行迭代处理，得到估计噪声协方差矩阵；

依据均匀面阵列特点选取KP形成器的两个虚拟子阵，分别对两个虚拟子阵使用自适应波束形成，采用虚拟子阵相互迭代的方式计算得到权系数，进而得到最终的波束形成输出；

所述依据延时求和波束形成器的输出信号，进行DOA估计，判断当前帧是否有目标信号，并进行DOA信息标记；具体包括：

由第m个子阵延时求和波束形成器的输出信号Y_DSB,m(k,l)和第n个子阵延时求和波束形成器的输出信号Y_DSB,n(k,l)，计算互相关函数C_nm(k,l)：

其中，表示第i个子阵和第i+1子阵的接收信号之间的延时，Ω_o表示当前空间扫描方向，*表示共轭运算；

将所有子阵的接收信号两两组合相加得到可控波束形成器的输出功率P(k,l)：

其中，m＝1,2,…I，n＝1,2,…I；G_mn(k,l)表示加权系数，采用PHAT加权去除各频点的幅度影响仅保留相位信息，满足下式：

设空间中需要扫描的方向集合Θ＝{Ω_o,1,Ω_o,2,…Ω_o,q}，下角标q表示总的空间扫描方位个数，依次搜索该空间，得到该空间的功率谱，若在目标方向有局部最大值，则表示当前帧有目标信号，令DOA估计结果F(k,l)＝1；否则F(k,l)＝0。

2.根据权利要求1所述的基于子阵划分的鲁棒自适应波束形成定向拾音方法，其特征在于，所述对均匀面阵列按照均匀有重叠阵元的方式进行子阵划分，得到若干个子阵；具体包括：

对于均匀面阵列按照从左到右及由上至下的顺序进行编号，选取每一行的3个阵元为一个子阵，相邻子阵之间有一个阵元重叠，得到I个子阵。

3.根据权利要求2所述的基于子阵划分的鲁棒自适应波束形成定向拾音方法，其特征在于，所述对每个子阵的频域信号使用延时求和波束形成器得到各个子阵的输出信号；具体包括：

对于第i个子阵，i＝1,2,…I，该子阵的第s个阵元的三维坐标是p_i,s，s＝1,2,3，该子阵几何中心的三维坐标是p_i,New，该子阵的第s个阵元到几何中心的延时为：

其中，下角标d表示目标声源，T表示转置，表示目标声源从远场入射的角度，和θ_d分别表示俯角和水平角，c表示声速；分别取s＝1,2,3，得到

则该子阵的导向矢量为：

其中，k表示第k个频谱分量，f_k为第k个频谱分量对应的频率，j表示虚部，exp(·)表示以自然常数e为底的指数函数；

根据第i个子阵延时求和波束形成器的权向量等于第i个子阵的导向矢量，则第i个子阵延时求和波束形成器的输出信号Y_DSB,i(k,l)为：

其中，l表示第l帧频域信号；H表示共轭转置；为该子阵接收信号，包括该子阵三个阵元的接收信号

从而得到I个子阵的输出信号集合Y_DSB(k,l)为：

Y_DSB(k,l)＝[Y_DSB,1(k,l),Y_DSB,2(k,l),…,Y_DSB,I(k,l)]^T。