一种利用信号时频点角度分布信息的多声源定位方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115656927A(43)申请公布日2023.01.31(21)申请号202211243565.3(22)申请日2022.09.28(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人陶亮关明熙贾懋珅(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203专利代理师刘萍(51)Int.Cl.G01S5/20(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图1页(54)发明名称一种利用信号时频点角度分布信息的多声源定位方法(57)摘要本发明提出一种利用信号时频点角度分布信息的多声源定位方法。第一步，获得声场麦克风录制信号的时频点方位角和仰角信息。第二步，对每一帧录制信号在频域上划分子带，构建各子带内时频点的方位角集合和仰角集合。第三步，分别对方位角和仰角的取值范围进行区间划分，确立方位角和仰角子区间。第四步，分别将每个子带时频点的方位角和仰角划分到对应的角度子区间内，构建各子带中不同角度子区间的方位角集合和仰角集合。第五步，分别保留各角度数量最多的方位角子区间集合和仰角子区间集合。分别将方位角和仰角的各个子区间集合合并。最后对两个集合中的角度进行核密度估计，所得角度分布曲线中的峰值所对应的角度值为声源波达方向估计值。CN115656927ACN115656927A权利要求书1/3页1.一种利用信号时频点角度分布信息的多声源定位方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，获取录制信号，并计算各时频点的方位角以及仰角信息；步骤2，对每一帧录制信号在频域上划分子带，构建各子带内时频点的方位角集合和仰角集合；步骤3，分别对方位角的取值范围和仰角的取值范围进行区间划分，确立方位角子区间和仰角子区间；步骤4，将录制信号中每个子带时频点的方位角划分到对应的方位角子区间内，构建各子带中不同角度子区间的方位角集合；确定不同方位角子区间集合内方位角的数量，保留包含方位角数量最多的方位角子区间集合；步骤5，将每个子带时频点的仰角划分到对应的仰角子区间内，构建各子带中不同角度子区间的仰角集合；确定不同仰角子区间集合内仰角的数量，并保留包含仰角数量最多的仰角子区间集合；步骤6，利用每帧各子带保留的方位角集合，构建筛选出的方位角的集合；同时，利用每帧各子带保留的仰角集合，构建筛选出的仰角集合；最后，分别对这两个集合中的角度进行核密度估计，得到方位角和仰角的角度分布曲线，曲线中的峰值点所对应的角度值即为估计出的声源的波达方向。2.如权利要求1所述的一种利用信号时频点角度分布信息的多声源定位方法，其特征在于：获取各时频点的方位角以及仰角信息：利用四通道声场麦克风进行场景数据采集，采集到多个声源发声的录制信号；分别将4个通道采集到的信号称为MUFL,MDFR,MDBL,MUBR,此类信号记为A格式信号；B格式信号由A格式信号线性转换得到，B格式信号的四个通道信号记为MW,MX,MY,MZ，其中，MW表示全向通道信号，MX,MY,MZ分别表示笛卡尔坐标系X、Y、Z三个坐标轴的通道信号；转换公式如下：将待处理的麦克风采集信号分为N帧，每一处理帧的帧长为K，即每一帧包含K个样点；在得到B格式信号之后，通过对B格式信号中的每一帧做K点的短时傅里叶变换得到时频点(n,k)的时频域系数MW(n，k)，MX(n，k)，MY(n，k)，MZ(n，k)，其中n代表帧索引，n＝1,2...N，k代表频率索引，k＝1,2...K；将B格式信号的时频域系数通过如下公式计算得到时频点(n,k)的活跃强度矢量:TX(n,k)，TY(n,k)，TZ(n,k)分别是时频点(n,k)的活跃强度矢量在xyz三个方向上的分量；其中，Re{·}表示计算实部，(·)*表示计算共轭，权重系数Q由下式求得：2CN115656927A权利要求书2/3页其中，ρ和c分别表示介质的密度和声速；时频点(n,k)的方位角μ(n,k)以及仰角η(n,k)的计算公式如下：对每一帧录制信号在频域上划分子带，构建各子带内时频点的方位角集合和仰角集合；将每一帧信号在频域均匀地划分为L个子带，每个子带包含C个时频点，其中C＝K/L；通过下式构建第n帧第l个子带内时频点的方位角集合和仰角集合其中，k代表频率索引，n代表帧索引，n＝1,2...N，l表示子带索引，l＝1,2,...,L；将录制信号中每个子带时频点的方位角划分到对应的方位角子区间内，构建各子带中不同角度子区间的方位角集合；确定不同方位角子区间集合内方位角的数量，保留包含方位角数量最多的方位角子区间集合；将每一帧麦克风录制信号各子带内时频点的角度值划分到对应的方位角子区间内；构建第n帧第l个子带内落在第i个方位角子区间的方位角集合随后，通过下式计算内时频点的数量其中，表示计算方位