[发明专利]基于低频衍射时延差的头盔式麦克风阵列声源定位方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，更进一步涉及一种遮挡型麦克风阵列的基于低频衍射时延补偿的头盔式麦克风阵列声源定位方法。

背景技术

在现代战场上，“热兵器，冷战斗“是局部战争的特点，而狙击与反狙击又是这种特点的必然体现。只有准确、及时、快速的发现并消灭狙击手，才能保障进攻一方的安全。因此，狙击战术的广泛应用对反狙击手探测装置的发展提出迫切要求。从原理及技术角度看，反狙击手探测系统可分为声控测、红外探测和激光探测三种。声探测技术由于价格低廉、测定精确，且抗电磁干扰成为反狙击定位系统的首选。

反狙击声源定位系统从携带方式上可分为车载式和单兵携带式。早期的反狙击声源定位系统多为车载式系统。如2004年美国BBN公司研制生产的Boomerang I车载声探测反狙击系统,2008年，美国BBN公司的BoomerangⅡ回旋镖系统,以及2011年中国电子科技集团第3研究所研制的我国自有的车载式反狙击声源定位系统。车载式系统采用无遮挡麦克风阵列，其优点在于稳定，计算能力强，缺点是不够灵活，携带困难。

声探测反狙击系统逐渐从车载发展到单兵携带方式。2011英国奎奈蒂克公司研发出“肩佩式声响目标定位系统”(SWATS)，并提供给美国陆军和海军陆战队。这种反狙击声源定位系统，仍然采用无遮挡麦克风阵列，需要将麦克风阵列佩戴在单兵肩头，并需要多个阵列协同定位，单兵定位能力依然较弱

在单兵声源定位的实际应用中，镶嵌在头盔上的麦克风阵列，即头盔是麦克风阵列是一种较为实际的选择。该类麦克风阵列具有较为固定的相对位置，并位于单兵的最高处，便于声音采集。现有技术一的麦克风涉及到头盔对麦克风的遮挡方法搜索所有声源位置空间，在每一个假设的空间位置点计算该位置点到达每个后向麦克风的衍射路径，并计算出到达不同麦克风对间的时间延迟差，用此一组假设时间延迟差和后向麦克风接收信号估计出的一组实际时延差进行误差最小化搜索，能够使得假设时间延迟差和实际时延差误差最小的位置即为声源空间位置估计。现有技术二采用SRP的方法，搜索整个空间，在每一个假设的空间位置 点，计算该位置点到达每个后向麦克风的衍射路径，并换算为衍射时延，用此时延对对应麦克风接受的信号进行相应的平移，然后计算所有麦克风的平移之后信号和的功率。选取对应功率最大的空间位置点作为声源位置估计。

但是上述两类现有技术所采用的搜索算法，一方面搜索的是非线性优化曲面，另一方面搜索的是整个位置空间，在麦克风数量增加时，极大地增加了运算量，而且搜索算法的精度受制于运算量，考虑到单兵便携式计算系统的性能限制，该类算法很难达到精确定位。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出了一种适用单兵携带反狙击系统的基于低频衍射时延补偿的头盔式麦克风阵列声源定位方法，以减小运算量，提高头盔式麦克风阵列定位精度，实现对目标方位角的准确估计。

本发明提供一种基于低频衍射时延差的头盔式麦克风阵列声源定位方法，包括如下步骤：

利用高频信号强度差确定后向麦克风；

估计低频信号到达不同后向麦克风的时间延迟差；

利用衍射时延差计算声源方位角度。

进一步的，利用高频信号强度差确定后向麦克风，具体包括：

对环绕头盔的所有麦克风接收到的信号进行高通滤波；

计算出每个麦克风的高通信号强度值x_i为第i个麦克风接收到的数据，M为数据长度；

利用强度差将麦克风分为两类集合，前向麦克风集合和后向麦克风集合；其中设一条在头盔底部平面过圆心的直线，将麦克风分为两个集合H₁和H₂，定义集合强度I_j，N_i为该集合内麦克风数量，