[发明专利]一种用于平面阵列的远场波达角估计方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及宽带信号、远场的麦克风阵列声源定位技术领域，具体的说，本发明涉及一种用于平面阵列的远场波达角估计方法。

背景技术

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中考虑这种差异。不幸的是，大多数算法往往忽略了这一点，它们平等对待每一时间延迟信息。对于某一时间差的大幅度扰动，往往导致较大的波达角估计误差。

以上两个问题根源于代价函数的定义，因此，解决上述问题必须从代价函数的定义入手。

发明内容

本发明目的在于，为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种用于平面阵列的远场波达角估计方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了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_i；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：

ϵ(x)=1MΣi=1Mwi[cosθi-cosθ^i]2]]>