【技术实现步骤摘要】
一种可迭代式频率聚焦变换的宽带声源定位方法
[0001]本专利技术涉及阵列信号处理
，尤其是涉及宽带声源定位方式，具体涉及一种可迭代式频率聚焦变换的宽带声源定位方法。
技术介绍
[0002]在电力设备故障检测中，声学检测技术作为无损检测的典型代表，具有采集便捷、定位方便、检测精度高等优势，其中，使用声学成像技术可以实现声音可视化，可以让电力设备检测人员更加直观地看到电力设备内部的声源分布情况。
[0003]声学成像技术，又叫做声学相机，指的是使用麦克风阵列和声源定位技术计算声源分布情况与相机采集的图像进行融合并显示的一种实现声音可视化的方法。声源定位技术有传统的基于麦克风阵列的声源定位方法，也有微型仿生机械声源定位、利用光学传感方式定位等方法，这里研究基于麦克风阵列的声源定位方法。
[0004]基于麦克风阵列的声源定位技术有三大类算法，分别是基于波束形成方法、基于高分辨率谱估计方法、基于到达时间差方法，其中基于高分辨率谱估计方法有多重信号分类方法MUSIC和借助旋转不变性的信号参数估计(ESPRIT)两...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可迭代式频率聚焦变换的宽带声源定位方法，其特征在于，所述宽带声源定位方法包括以下步骤：S1、建立空间直角坐标系，确定传声器阵列中L个传声器的位置、摄像头的位置、声源聚焦平面的位置，并使用传声器阵列采集声音信号X；S2、选定目标频率范围的上界f
max
和下界f
min
，将采集的声音信号进行带通滤波得到目标频率范围的滤波声音信号X
f
；S3、将声源聚焦平面S划分为若干个子区域集合D0，设D0中的某个子区域为d
ij
，其中i和j分别为子区域的行下标和列下标，对D0中的所有d
ij
采用波束形成方法计算声功率分布矩阵；S4、设定阈值γ，使用谱峰值搜索方法筛选出声源聚焦平面的峰值点，其中超过阈值γ的峰值点认为可能为声源，筛选出所有超过阈值γ的峰值点的区域集合D1作为预定位位置，预定位位置总数记为N
pre
；S5、将滤波声音信号X
f
和预定位位置D1通过频率聚焦变换算法进行聚焦，从而将频率为(f
min
,f
max
)范围内的滤波声音信号X
f
聚焦成中心频率为f0的窄带信号上；S6、利用多重信号分类MUSIC算法对窄带信号进行定位；S7、将步骤S6的定位结果重复步骤S4、S5、S6再进行一次定位得到二次定位结果。2.根据权利要求1所述的一种可迭代式频率聚焦变换的宽带声源定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，传声器阵列为L通道的圆形阵列，圆形阵列所在平面与地面垂直，摄像头置于圆形阵列的几何中心位置，以摄像头光心坐标为原点，以垂直于阵列平面往声源方向为z轴、以垂直地面向上方向作为y轴建立空间直角坐标系，圆形阵列的半径为r，每两个传声器之间与摄像头所成的角度为则第l个传声器在空间直角坐标系中的坐标(x
l
,y
l
,z
l
)为：其中，l＝1,2,
…
,L，将声源模型设置为远场平面波模型，设定声源聚焦平面为S，聚焦平面网格点的行数和列数分别为N
x
和N
y
，声源聚焦平面距离阵列平面的距离为d；根据传声器的采样率f
s
计算声音信号X的长度，设置一次声音数据采集的长度为则L通道的传声器阵列采集的声音信号X为的矩阵。3.根据权利要求2所述的一种可迭代式频率聚焦变换的宽带声源定位方法，其特征在于，所述步骤S3中，波束形成方法计算声功率矩阵的步骤为：S3.1、计算波束形成器在期望方向上的加权向量的构成为S3.1、计算波束形成器在期望方向上的加权向量的构成为其中ω＝2π
·
f0，τ
(i,j,l)
表示声源聚焦平面S中第i行第j列的子区域到第l个传声器的声音时延，i＝1,
…
,N
x
,j＝1,
…
,N
y
，声音时延用空间距离s除以声速c计算，
S3.2、计算声音信号X的协方差矩阵R：上式中，X
H
为声音信号X的共轭转置矩阵；S3.3、计算波束形成器的输出功率，公式如下：P
CBF
(i,j)＝ω
H
(i,j)*R*ω(i,j)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，P
CBF
(i,j)表示声源聚焦平面S中第i行第j列的子区域的声功率强度。4.根据权利要求3所述的一种可迭代式频率聚焦变换的宽带声源定位方法，其特征在于，所述步骤S4中阈值γ由下式确定：γ＝λ(P
max
‑
P
min
)+P
min
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)上式中，P
max
为D0中子区域的声功率最大值，P
min
为D0中子区域的声功率最小值，λ为缩放系数，λ的参考取值范围是0.5...
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