專利名稱：一種針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及目標(biāo)測(cè)向技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)方法 及其裝置。
背景技術(shù)：
目標(biāo)測(cè)向在聲吶、雷達(dá)、導(dǎo)航及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。而傳感器 陣列是目標(biāo)測(cè)向的主要方式。在目標(biāo)測(cè)向技術(shù)中，一個(gè)重要技術(shù)問題是如何對(duì)寬帶聲源進(jìn)行定位。對(duì)于這方面 已經(jīng)有很多的算法。寬帶MUSIC算法是先將寬帶信號(hào)通過傅里葉變換到頻域上，然后對(duì)每 個(gè)頻帶用窄帶的MUSIC法處理，最后將各個(gè)頻帶的結(jié)果綜合得到聲源的方向估計(jì)。即非相 干子空間方法(ISM，Incoherent Sub-space Method)。這類方法運(yùn)算量小，但精度差，并 且只能處理非相干信號(hào)；最大似然(ML，Maximum Likelihood)估計(jì)算法為代表的擬合類算 法，以其良好的漸進(jìn)性，靈活的適用性，可低的計(jì)算復(fù)雜度，得到了廣泛關(guān)注。針對(duì)寬帶信 號(hào)，Yao Kung教授等人提出了針對(duì)寬帶聲源的AML(Approximated Maximum Likelihood)波 達(dá)方向估計(jì)算法。這類算法精度高，能處理相干信號(hào)，但運(yùn)算量很大。同時(shí)，對(duì)于相干信號(hào) 源還可以用聚焦矩陣的方法處理。首先需要利用低復(fù)雜度算法對(duì)聲源方向進(jìn)行一個(gè)預(yù)估， 通過這個(gè)預(yù)估的角度構(gòu)造聚焦矩陣，通過聚焦矩陣把不同頻帶的信號(hào)聚焦到一個(gè)中心頻率 上，然后把它當(dāng)成一個(gè)窄帶信號(hào)來處理，這種方法的缺點(diǎn)是需要知道聲源的預(yù)估角度，并且 預(yù)估角度的選擇對(duì)于算法的性能影響很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在保證精度基本不降低的情況下極大降低算法的運(yùn)算量。為達(dá)到上述目的，提出一種針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)方法，該方法具體步驟 包括步驟1)從傳聲器陣列采集的聲音數(shù)據(jù)中，選取一段聲音數(shù)據(jù)X(n)= [X1 (η), ...，&(η)]τ，其中，P表示傳聲器陣列中傳聲器的個(gè)數(shù)，P彡2;將該段聲音數(shù)據(jù) X (η)均勻分成L巾貞，每幀的數(shù)據(jù)的長度為N，X (η)的數(shù)據(jù)長度為NXL，1 = 1，...，L; η e Ζ* ；對(duì)每一幀聲音數(shù)據(jù)& (η)做N點(diǎn)快速傅里葉變換，得到聲音數(shù)據(jù)的頻域表示& (k) =ku(k)，· · ·，x1P(k)]T，其中 k = 1,2, ... ,N/2 ；步驟2)根據(jù)所述的步驟1)得到的按照下式⑴計(jì)算傳聲器陣列中的兩個(gè) 傳聲器間相干函數(shù)的模平方n (k)；
權(quán)利要求
1.一種針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)方法，該方法具體步驟包括步驟1)從傳聲器陣列采集的聲音數(shù)據(jù)中，選取一段聲音數(shù)據(jù)x(n) = [X1 (η), ..., &(η)]τ，其中，P表示傳聲器陣列中傳聲器的個(gè)數(shù)，P ^ 2 ；將該段聲音數(shù)據(jù)Χ(η)均勻分成L 幀，每幀的數(shù)據(jù)的長度為N，X (η)的數(shù)據(jù)長度為NXL，1 = 1，...，L ;n e壙；對(duì)每一幀聲音數(shù)據(jù)做N點(diǎn)快速傅里葉變換，得到聲音數(shù)據(jù)的頻域表示^C1GO = [xn (k)，· · ·，x1P(k)]T，其中 k = 1，2，· · ·，N/2 ；步驟幻根據(jù)所述的步驟1)得到的按照下式(1)計(jì)算傳聲器陣列中的兩個(gè)傳聲 器間相干函數(shù)的模平方n (k)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，所述的步 驟1)還包括保存所述的傳聲器陣列到當(dāng)前為止采集的連續(xù)L幀聲音數(shù)據(jù)；并保存來自所 述傳聲器陣列最新的1幀聲音數(shù)據(jù)后，將保存的連續(xù)L幀聲音數(shù)據(jù)中最早的1幀聲音數(shù)據(jù) 刪除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，所述的步 驟2)中，兩個(gè)傳聲器為傳聲器陣列中空間距離最大的兩個(gè)傳聲器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，所述的步 驟2)中，兩個(gè)傳聲器之間連續(xù)(L-I)幀的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)緩存，根據(jù)當(dāng)前獲得第L幀的N個(gè) 數(shù)據(jù)和緩存的NX (L-I)個(gè)數(shù)據(jù)來求取相干函數(shù)的模平方。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，所述的步 驟4)中，根據(jù)所述的步驟幻選出的q個(gè)相干函數(shù)模的平方對(duì)應(yīng)的第L幀聲音數(shù)據(jù) 進(jìn)行波達(dá)方向估計(jì)，其中，k e [ki; ... , k,]，k,表示頻帶序號(hào)，且Dq，...，kq] e [1，...， N/2]。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，所述的步 驟3)中，比較所述的步驟2)中得到的η (k)大小，從最大的開始依次挑選前q個(gè)η (k)值， 即 η GO 彡 n (k2) ^ ... ^ n (kq)彡 n (km)，其中，k,表示頻帶序號(hào)，Lk1,... ,kq] e [1，
7.一種針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)裝置，其特征在于，該裝置包括傅里葉變換模 塊、相干函數(shù)的模平方模塊和波達(dá)方向估計(jì)模塊；所述的傅里葉變換模塊，包括數(shù)據(jù)選擇單元、數(shù)據(jù)分幀單元和傅里葉變換單元；用于所述的數(shù)據(jù)選擇單元從傳聲器陣列采集的聲音數(shù)據(jù)中，選取一段聲音數(shù)據(jù)X(n)= [X1(Ii)，. . .，，所述的數(shù)據(jù)分幀單元將所述的數(shù)據(jù)選擇單元選擇的聲音數(shù)據(jù)X(n)均 勻分成L幀，所述的傅里葉變換單元對(duì)每一幀聲音數(shù)據(jù)& (η)做N點(diǎn)快速傅里葉變換，得到 聲音數(shù)據(jù)的頻域表示= ^^(!^，...，^^!^!、并將所述頻域聲音數(shù)據(jù)輸出至所述的 相干函數(shù)的模平方模塊；其中，P表示傳聲器陣列中傳聲器的個(gè)數(shù)，P > 2 ；每幀的數(shù)據(jù)A(Ii) 的長度為 N，1 = 1，...，L，X(n)的數(shù)據(jù)長度為 NXL ;n e Ζ* ;k = 1,2, ... , Ν/2 ；所述的相干函數(shù)的模平方模塊，用于根據(jù)所述的傅里葉變換模塊得到的按照式 (2)計(jì)算傳聲器陣列中的兩個(gè)傳聲器間相干函數(shù)的模平方n(k)；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)裝置，其特征在于，所述的相 干函數(shù)的模平方模塊中，兩個(gè)傳聲器為傳聲器陣列中空間距離最大的兩個(gè)傳聲器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)裝置，其特征在于，所述的裝 置還包括聲音數(shù)據(jù)緩存模塊；所述的聲音數(shù)據(jù)緩存模塊，用于保存?zhèn)髀暺麝嚵械疆?dāng)前為止采集的連續(xù)L幀聲音數(shù) 據(jù)；并保存接收到來自傳聲器陣列最新的1幀聲音數(shù)據(jù)后，將保存的連續(xù)L幀聲音數(shù)據(jù)中最 早的1幀聲音數(shù)據(jù)刪除；并將緩存的聲音數(shù)據(jù)輸出至所述的傅里葉變換模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)裝置，其特征在于，所述的相 干函數(shù)的模平方模塊將選取的兩個(gè)傳聲器之間連續(xù)(L-I)幀的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)緩存，根據(jù)當(dāng) 前獲得第L幀的N個(gè)數(shù)據(jù)和緩存的NX (L-I)個(gè)數(shù)據(jù)來求取相干函數(shù)的模平方。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)裝置，其特征在于，所述的 波達(dá)方向估計(jì)模塊根據(jù)所述的比較模塊得到的q個(gè)相干函數(shù)模的平方對(duì)應(yīng)的第L幀聲音數(shù) XL(k)進(jìn)行波達(dá)方向估計(jì)，其中，ke R1,...，kq]。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)裝置，其特征在于，該裝置還 包括一比較模塊，用于根據(jù)比較所述的相干函數(shù)的模平方模塊得到的n(k)大小，從最大 的開始依次挑選前q個(gè)n (k)值，即n GO彡n (k2)彡...彡Ii (kq)彡n (km)，其中，k,表示頻帶序號(hào)，
全文摘要
本發(fā)明涉及一種針對(duì)寬帶聲源的波達(dá)方向估計(jì)方法及裝置，從傳聲器陣列采集的聲音數(shù)據(jù)中，選取一段聲音數(shù)據(jù)X(n)＝[x1(n)，...，xP(n)]T，n∈Z*，選擇的聲音數(shù)據(jù)X(n)均勻分成L幀，對(duì)每一幀聲音數(shù)據(jù)Xl(n)做N點(diǎn)快速傅里葉變換，得到聲音數(shù)據(jù)的頻域表示Xl(k)＝[xl1(k)，...，xlP(k)]T，k＝1，...，N/2；然后計(jì)算傳聲器陣列中的兩個(gè)傳聲器間相干函數(shù)的模平方η(k)；從η(k)中隨機(jī)挑選出q個(gè)相干函數(shù)的模平方值，僅使用這q個(gè)相干函數(shù)的模平方對(duì)應(yīng)的頻帶進(jìn)行波達(dá)方向估計(jì)。本發(fā)明在保證精度基本不降低的情況下極大降低算法的運(yùn)算量。
文檔編號(hào)G01S3/802GK102147458SQ201010608798
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者馮大航, 管魯陽, 鮑明 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所