专利名称：一种针对宽带声源的波达方向估计方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及目标测向技术领域，特别涉及一种针对宽带声源的波达方向估计方法 及其装置。
背景技术：
目标测向在声呐、雷达、导航及无线传感器网络等领域都有重要的应用。而传感器 阵列是目标测向的主要方式。在目标测向技术中，一个重要技术问题是如何对宽带声源进行定位。对于这方面 已经有很多的算法。宽带MUSIC算法是先将宽带信号通过傅里叶变换到频域上，然后对每 个频带用窄带的MUSIC法处理，最后将各个频带的结果综合得到声源的方向估计。即非相 干子空间方法(ISM，Incoherent Sub-space Method)。这类方法运算量小，但精度差，并 且只能处理非相干信号；最大似然(ML，Maximum Likelihood)估计算法为代表的拟合类算 法，以其良好的渐进性，灵活的适用性，可低的计算复杂度，得到了广泛关注。针对宽带信 号，Yao Kung教授等人提出了针对宽带声源的AML(Approximated Maximum Likelihood)波 达方向估计算法。这类算法精度高，能处理相干信号，但运算量很大。同时，对于相干信号 源还可以用聚焦矩阵的方法处理。首先需要利用低复杂度算法对声源方向进行一个预估， 通过这个预估的角度构造聚焦矩阵，通过聚焦矩阵把不同频带的信号聚焦到一个中心频率 上，然后把它当成一个窄带信号来处理，这种方法的缺点是需要知道声源的预估角度，并且 预估角度的选择对于算法的性能影响很大。
发明内容
本发明的目的在于，在保证精度基本不降低的情况下极大降低算法的运算量。为达到上述目的，提出一种针对宽带声源的波达方向估计方法，该方法具体步骤 包括步骤1)从传声器阵列采集的声音数据中，选取一段声音数据X(n)= [X1 (η), ...，&(η)]τ，其中，P表示传声器阵列中传声器的个数，P彡2;将该段声音数据 X (η)均勻分成L巾贞，每帧的数据的长度为N，X (η)的数据长度为NXL，1 = 1，...，L; η e Ζ* ；对每一帧声音数据& (η)做N点快速傅里叶变换，得到声音数据的频域表示& (k) =ku(k)，· · ·，x1P(k)]T，其中 k = 1,2, ... ,N/2 ；步骤2)根据所述的步骤1)得到的按照下式⑴计算传声器阵列中的两个 传声器间相干函数的模平方n (k)；
权利要求
1.一种针对宽带声源的波达方向估计方法，该方法具体步骤包括步骤1)从传声器阵列采集的声音数据中，选取一段声音数据x(n) = [X1 (η), ..., &(η)]τ，其中，P表示传声器阵列中传声器的个数，P ^ 2 ；将该段声音数据Χ(η)均勻分成L 帧，每帧的数据的长度为N，X (η)的数据长度为NXL，1 = 1，...，L ;n e圹；对每一帧声音数据做N点快速傅里叶变换，得到声音数据的频域表示^C1GO = [xn (k)，· · ·，x1P(k)]T，其中 k = 1，2，· · ·，N/2 ；步骤幻根据所述的步骤1)得到的按照下式(1)计算传声器阵列中的两个传声 器间相干函数的模平方n (k)；
2.根据权利要求1所述的针对宽带声源的波达方向估计方法，其特征在于，所述的步 骤1)还包括保存所述的传声器阵列到当前为止采集的连续L帧声音数据；并保存来自所 述传声器阵列最新的1帧声音数据后，将保存的连续L帧声音数据中最早的1帧声音数据 删除。
3.根据权利要求1所述的针对宽带声源的波达方向估计方法，其特征在于，所述的步 骤2)中，两个传声器为传声器阵列中空间距离最大的两个传声器。
4.根据权利要求2所述的针对宽带声源的波达方向估计方法，其特征在于，所述的步 骤2)中，两个传声器之间连续(L-I)帧的数据作为数据缓存，根据当前获得第L帧的N个 数据和缓存的NX (L-I)个数据来求取相干函数的模平方。
5.根据权利要求4所述的针对宽带声源的波达方向估计方法，其特征在于，所述的步 骤4)中，根据所述的步骤幻选出的q个相干函数模的平方对应的第L帧声音数据 进行波达方向估计，其中，k e [ki; ... , k,]，k,表示频带序号，且Dq，...，kq] e [1，...， N/2]。
6.根据权利要求1所述的针对宽带声源的波达方向估计方法，其特征在于，所述的步 骤3)中，比较所述的步骤2)中得到的η (k)大小，从最大的开始依次挑选前q个η (k)值， 即 η GO 彡 n (k2) ^ ... ^ n (kq)彡 n (km)，其中，k,表示频带序号，Lk1,... ,kq] e [1，
7.一种针对宽带声源的波达方向估计装置，其特征在于，该装置包括傅里叶变换模 块、相干函数的模平方模块和波达方向估计模块；所述的傅里叶变换模块，包括数据选择单元、数据分帧单元和傅里叶变换单元；用于所述的数据选择单元从传声器阵列采集的声音数据中，选取一段声音数据X(n)= [X1(Ii)，. . .，，所述的数据分帧单元将所述的数据选择单元选择的声音数据X(n)均 勻分成L帧，所述的傅里叶变换单元对每一帧声音数据& (η)做N点快速傅里叶变换，得到 声音数据的频域表示= ^^(!^，...，^^!^!、并将所述频域声音数据输出至所述的 相干函数的模平方模块；其中，P表示传声器阵列中传声器的个数，P > 2 ；每帧的数据A(Ii) 的长度为 N，1 = 1，...，L，X(n)的数据长度为 NXL ;n e Ζ* ;k = 1,2, ... , Ν/2 ；所述的相干函数的模平方模块，用于根据所述的傅里叶变换模块得到的按照式 (2)计算传声器阵列中的两个传声器间相干函数的模平方n(k)；
8.根据权利要求7所述的针对宽带声源的波达方向估计装置，其特征在于，所述的相 干函数的模平方模块中，两个传声器为传声器阵列中空间距离最大的两个传声器。
9.根据权利要求7所述的针对宽带声源的波达方向估计装置，其特征在于，所述的装 置还包括声音数据缓存模块；所述的声音数据缓存模块，用于保存传声器阵列到当前为止采集的连续L帧声音数 据；并保存接收到来自传声器阵列最新的1帧声音数据后，将保存的连续L帧声音数据中最 早的1帧声音数据删除；并将缓存的声音数据输出至所述的傅里叶变换模块。
10.根据权利要求9所述的针对宽带声源的波达方向估计装置，其特征在于，所述的相 干函数的模平方模块将选取的两个传声器之间连续(L-I)帧的数据作为数据缓存，根据当 前获得第L帧的N个数据和缓存的NX (L-I)个数据来求取相干函数的模平方。
11.根据权利要求10所述的针对宽带声源的波达方向估计装置，其特征在于，所述的 波达方向估计模块根据所述的比较模块得到的q个相干函数模的平方对应的第L帧声音数 XL(k)进行波达方向估计，其中，ke R1,...，kq]。
12.根据权利要求7所述的针对宽带声源的波达方向估计装置，其特征在于，该装置还 包括一比较模块，用于根据比较所述的相干函数的模平方模块得到的n(k)大小，从最大 的开始依次挑选前q个n (k)值，即n GO彡n (k2)彡...彡Ii (kq)彡n (km)，其中，k,表示频带序号，
全文摘要
本发明涉及一种针对宽带声源的波达方向估计方法及装置，从传声器阵列采集的声音数据中，选取一段声音数据X(n)＝[x1(n)，...，xP(n)]T，n∈Z*，选择的声音数据X(n)均匀分成L帧，对每一帧声音数据Xl(n)做N点快速傅里叶变换，得到声音数据的频域表示Xl(k)＝[xl1(k)，...，xlP(k)]T，k＝1，...，N/2；然后计算传声器阵列中的两个传声器间相干函数的模平方η(k)；从η(k)中随机挑选出q个相干函数的模平方值，仅使用这q个相干函数的模平方对应的频带进行波达方向估计。本发明在保证精度基本不降低的情况下极大降低算法的运算量。
文档编号G01S3/802GK102147458SQ201010608798
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者冯大航, 管鲁阳, 鲍明 申请人:中国科学院声学研究所