用于麦克风阵列测量的稀疏声源辨识方法、系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于麦克风阵列测量的稀疏声源辨识方法，首先利用离散傅里叶变换将信号转换到频域，构成频域声压矩阵，并在频域声压矩阵中选择信号成分，以构成声压向量，再根据预设规则选择声源重构区域，将声源重构区域划分离散网格，根据麦克风阵列中阵元的位置坐标和声压向量建立声传播模型，而后根据声传播模型建立基于广义最小最大凹函数的声学逆问题，引入辅助矩阵对声学逆问题进行变形以获取变形表达式，采用交替分裂的方式对变形表达式进行求解，以获取待求的目标声源强度，并根据目标声源强度形成声像，完成声源辨识；如此，便于对声学逆问题进行求解，提高计算效率；提高辨识精度。辨识精度。辨识精度。

【技术实现步骤摘要】
用于麦克风阵列测量的稀疏声源辨识方法、系统


[0001]本专利技术涉及阵列信号处理
，更为具体地，涉及一种用于麦克风阵列测量的稀疏声源辨识方法、系统。

技术介绍

[0002]麦克风阵列由多个麦克风按照特定的空间分布构成，相比于利用独立麦克风的测量方式，在阵列测量过程中多个通道同步采集信号，由于阵元位置的相异性，不同麦克风采集到的声信号存在一定的相位延迟，因此不同通道之间的差异可以反映声源的空域信息。人耳能够通过听到声音感知到声源的存在，但仅靠听觉很难对声源的确切位置和强度进行准确估计，因此声源的定量辨识需要通过其它手段的辅助来完成。通过阵列信号处理技术，麦克风阵列能够获得声源的时域、空域等多维度特征，将可听的声音转化成可见的图像，从而实现声源辨识。基于麦克风阵列的声源辨识可以重建特定区域内声源的分布情况，识别异响声源的存在和性质，在汽车工业、航空航天、机械健康监测等领域具有广阔的应用前景。
[0003]稀疏声源广泛存在于现代生产、生活场景中，如汽车异响声源大多出现在中控台、车窗边缘等局部区域，由机械故障引起的冲击噪声源仅存在于运动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于麦克风阵列测量的稀疏声源辨识方法，其特征在于，包括：利用包含M个通道的麦克风阵列采集长度为L
a
的声信号p
Im
(m＝1,2,...,M)，以构建大小为M
×
L
a
的原始声压矩阵对各个通道所采集的声信号p
Im
进行分割处理以形成长度为L、交叠率为R的信号段，并根据所述原始声压矩阵获取包含有个快拍的声压矩阵其中，表示不大于的整数，第s(s＝1,2,...,S)个快拍对应的子矩阵大小为M
×
L，表示中的第L(1
‑
R)(s
‑
1)+1到第L(1
‑
R)(s
‑
1)+L个元素；利用离散傅里叶变换将第s个快拍对应的信号转换到频域，构成频域声压矩阵并在所述频域声压矩阵中选择第l(l＝1,2,...,L)个频率f
l
所对应的信号成分，以构成声压向量p＝[p1(f
l
),p2(f
l
),...,p
M
(f
l
)]
T
，其中，DFT表示离散傅里叶变换；p
m
(f
l
)代表中频率f
l
对应的信号成分；根据预设规则选择声源重构区域，将所述声源重构区域划分为N＝N1×
N2个离散网格，所述离散网格中网格点的位置坐标为u
n
＝(u
nx
,u
ny
,u
nz
)(n＝1,2,...,N)；根据所述麦克风阵列中阵元的位置坐标和所述声压向量p＝[p1(f
l
),p2(f
l
),...,p
M
(f
l
)]
T
建立声传播模型p＝Gq+r，其中，q为待求解的声源强度向量，r为噪声向量，G为大小为M
×
N的传输矩阵，且所述传输矩阵的元素为其中exp( )是指数函数，c是声速，是虚数单位；根据所述声传播模型建立基于广义最小最大凹函数的声学逆问题，引入辅助矩阵对所述声学逆问题进行变形以获取变形表达式，采用交替分裂的方式对所述变形表达式进行求解，以获取待求的目标声源强度，并根据所述目标声源强度形成声像，完成声源辨识。2.如权利要求1所述的用于麦克风阵列测量的稀疏声源辨识方法，其特征在于，在根据所述声传播模型建立基于广义最小最大凹函数的声学逆问题，引入辅助矩阵对所述声学逆问题进行变形以获取变形表达式的过程中，包括：根据所述声传播模型建立基于广义最小最大凹函数的声学逆问题其中，λ＞0为需要给定的正则化参数，为广义最小最大凹函数，B为辅助矩阵；v为辅助向量，且为变量；
给定平衡参数0＜γ＜1，令所述辅助矩阵以对所述声学逆问题进行变形确定所述声学逆问题的变形表达式：将所述变形表达式作为目标函数，并将所述目标函数对于变量q的平滑项记为f1(q)，将所述目标函数对于变量q的非平滑项记为f2(q)，将所述目标函数对于变量v的平滑项记为g1(v)，将所述目标函数对于变量v的非平滑项记为g2(v)。3.如权利要求2所述的用于麦克风阵列测量的稀疏声源辨识方法，其特征在于，采用交替分裂的方式对所述变形表达式进行求解，以获取待求的目标声源强度，并根据所述目标声源强度形成声像的过程，包括：初始化计数变量，并随机初始化中间变量和随着计数变量的更新根据所述变形表达式依次迭代更新计算待求的声源强度向量的值，并计算两个相邻次数所求得的声源强度向量的值的强度误差；判断所述强度误差是否超过预设的收敛阈值；若所述强度误差超过预设的收敛阈值，则继续迭代更新计算待求的声源强度向量的值；若所述强度误差不超过所述收敛阈值，则将最后一次计算的声源强度向量的值作为待求的目标声源强度；根据所述目标声源强度生成声像。4.如权利要求3所述的用于麦克风阵列测量的稀疏声源辨识方法，其特征在于，所述收敛阈值为0.0001。5.如权利要求3所述的用于麦克风阵列测量的稀疏声源辨识方法，其特征在于，所述交替分裂的方式为Douglas
‑
Rachford分裂的方式。6.如权利要求5所述的用于麦克风...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙仕林，王天杨，褚福磊，谭建鑫，井延伟，
申请(专利权)人：河北建投新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：