一种用于平面阵列的远场波达角估计方法及系统技术方案
Far field angle of arrival estimation method and system for planar array
The invention relates to a method and system for DOA estimation in far-field plane array angle, the method contains the steps of: 101) the planar array of microphones as linear array composed of geometric combination, and each linear array determines a sub direction of arrival; step 102) under the assumption that the direction of arrival of known x under the condition of using global DOA to calculate each sub array of desired sub angle of arrival
【技术实现步骤摘要】
一种用于平面阵列的远场波达角估计方法及系统
本专利技术涉及宽带信号、远场的麦克风阵列声源定位
，具体的说，本专利技术涉及一种用于平面阵列的远场波达角估计方法。
技术介绍
远场波达角估计在麦克风阵列的应用中占居重要位置，它可用于远程会议，为麦克风阵列指示波束聚焦的方向，为会议摄像头提供指向信息。它能指示声源目标所在的空间方位，为后续的信息采集与处理提供重要的空间信息。传统的宽带波达角估计算法分为两类，第一类是以基于相位变换的联合可控响应功率(SRP-PHAT)算法为代表的空间谱估计算法，另外一类是以基于相位变换的广义交叉相关（GCC-PHAT）为代表的时间差算法。前者以鲁棒性著称，具有较好的抗噪声、抗混响能力，但计算复杂度高；后者以计算效率著称，但鲁棒性差，容易遭受噪声和混响的干扰。这两类算法的代价函数存在两个共同的问题。其中，波达角是指声源入射的方向，相对于平面阵列的方位角和仰角。其一，他们的代价函数通常拥有多个极值，而且根据最优准则，无法导出波达角的最优解，因此，不得不采用计算复杂度较高的格点搜索方法，寻求一个最优估计。格点搜索是导致这些算法高复杂度的主要原因。尽管有些算法提出了一些格点搜索的优化方法，但优化后的格点搜索的计算复杂度仍然不可忽略。其二，基于交叉相关的时间差估计方法容易受到噪声和混响的影响，由于各麦克风所处于的位置不同，他们受到噪声和混响干扰的程度不同，计算精度差异较大。此外，时间差计算的精度，也和麦克风与声源的相对位置有关，在垂直于麦克风对的方向，时间延迟估计较准，然而在接近于平行方向，时间延迟估计精度较差。因此，我们必须在代价函数
【技术保护点】
一种用于平面阵列的远场波达角估计方法，所述的方法包含：步骤101)将平面阵列作为麦克风对组成的线性子阵列的几何组合，且每一个线性子阵列决定一个子波达角；步骤102)在假定波达方向x已知的情况下：首先，采用全局波达角来计算各子阵列的期望子波达角θ
【技术特征摘要】
1.一种用于平面阵列的远场波达角估计方法，所述的方法包含：步骤101)将平面阵列作为麦克风对组成的线性子阵列的几何组合，且每一个线性子阵列决定一个子波达角；步骤102)在假定波达方向x已知的情况下：首先，采用全局波达角来计算各子阵列的期望子波达角θi；然后采用通过各子阵列的时间差计算子阵列的估计子波达角步骤103)基于针对各子阵列估计波达角和期望波达角构造代价函数为：其中，M为总的麦克风对的数目，gi为第i对麦克风连线的方向，τi为第i对麦克风估计的时间延迟，di为第i对麦克风的间距，x为波达方向，wi为给予第i对麦克风的权重，c为声波在空气中传递的速度；步骤104)将上述代价函数收敛时的波达角的取值作为最终确定的波达角的值，完成声源定位。2.根据权利要求1所述的用于平面阵列的远场波达角估计方法，其特征在于，所述期望子波达角θi的计算公式为：θi＝arccos(cτi/di)所述估计子波达角的计算公式为：3.根据权利要求1或2所述的用于平面阵列的远场波达角估计方法，其特征在于，所述τi采用如下策略获得：步骤1：提取麦克风阵列的输出数字信号，对每一帧的数字化声音信号做加窗预处理，进行傅立叶变换，并且在频域白化信号；步骤2：计算预处理后信号的交叉相关，对于来自每对麦克风的傅立叶谱进行点乘，求取所有麦克风对之间的时间延迟τi。4.根据权利要求1所述的用于平面阵列的远场波达角估计方法，其特征在于，所述步骤104)进一步包含：步骤104-1)假定权重系数相等，即wi＝1/M，初始化指向x＝[1,0,0]；对于所有麦克风对，计算它们的连线表示的单位方向矢量，g′i＝[gi,1,gi,2]T，其中gi,1和gi,2分别表示gi的第一维和第二维；步骤104-2)将所有的g′i和τi代入代价函数公式和中，得到波达方向的单位矢量其中，和表示的第一维和第二维分量；步骤104-3)如果无限接近于1，则结束迭代，即为最终的波达方向，并跳转到步骤104-5)；否则并跳转到步骤104-4)继续执行迭代；步骤104-4)根据波达方向求取新的权重系数，其中跳转到步骤104-2)；步骤104-5)将波达方向矢量转化为方位角和仰角，完成声源定位。5.根据权利要求4所述的用于平面阵列的远场波达角估计方法，其特征在于，所述步骤104-5)采用反正切三角函数将波达方向矢量转化为方位角和仰角，其中，方位角为当时，仰角表示为和，当时，仰角表示为6.一种用于平面阵列的远场波达...
【专利技术属性】
技术研发人员：应冬文，国雁萌，付强，潘接林，颜永红，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，北京中科信利技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。