[发明专利]一种雷声识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种雷声识别方法。

背景技术

雷电是自然界中影响人类活动的严重灾害之一，不仅会造成人员伤亡，也会给我国航空航天、电子工业、石油化工、交通、森林等行业造成不可估量的经济损失。近年来，因雷电引起的事故频发，使得社会各界人士越来越重视对雷电的实时监测和防护。

对雷电的实时监测是防雷减灾的基础，国内于上世纪八十年代末开始研究雷电定位技术，并从上世纪九十年代开始至今相继在30多个省建立了雷电定位系统，现已实现全国联网。雷电定位系统综合多个探测站所获取的雷电电磁信号，经由中心站统一处理后，实时推算出雷击发生的时间、位置、雷电流幅值等，定位精度达到了500m。雷电探测站的监测范围为30～300km，即在30km的近距离范围内会出现探测盲区。当前某些防雷重点区域比如变电站、油库、军事据点等需要对近距离范围内的雷电进行实时监测，而雷电定位系统难以满足这些迫切需求。

雷声三维定位是通过麦克风阵列探测雷击时产生的声音信号或电磁信号，并根据二者到达信号麦克风阵列的时间差来估算雷声声源与麦克风阵列的距离，再依据雷声信号到达各麦克风的时间差来估算雷声声源的仰角和方向角。雷声三维定位系统的探测半径为15km，探测精度达到20～100m，可作为现有雷电定位系统的补充，满足对重点防雷区域雷电活动实时监测的要求。在探测雷声信号时，需要对所关注的区域进行实时声音信号监测，并从中筛选出用于雷声三维定位的有效数据，即需要对原始监测数据进行雷声识别。

广义上说，雷声识别可归入与文本无关“说话人”确认的范畴，只需判断声音信号是否为雷声。在识别过程中，根据模板库中声音信号的特征，选取具有较好区分性的特征参数，然后将待识别声音与模板声音两者的参数值进行匹配分析，根据匹配结果识别是否为指定“说话人”的声音。雷声信号会随着雷电的形式、强弱以及远近的不同而变化多样，利用传统的波形、频率等特征已无法满足强随机性雷声的识别；而如BP神经网络、高斯混合模型等语音识别算法又需要经过大量样本训练，算法复杂度高，识别时间较长，不适用于雷声三维定位中的雷声识别。所以为了适应小尺度、更加精确的雷声三维定位，需要研究出一种快速、实用的根据雷声信号特征进行雷声识别的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种雷声识别方法，该方法不仅能够克服环境噪声的干扰，而且还能适用于不同形式的雷声信号，并在准确性和实时性上满足雷声三维定位系统的要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种雷声识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

对原始输入的音频信号进行分帧；

将每帧音频信号分别变换得到音频幅值谱，计算低频段的音频功率谱及所述低频段的音频功率所占比例；

判断上述比例与预定阈值之间的关系，如果该比例大于预定阈值，则判断为雷声信号，否则判断为噪声信号。

根据以上方案，在所述对原始输入的音频信号进行分帧步骤之前，包括如下步骤：对原始输入的音频信号进行滤波，并作归一化处理。

根据以上方案，在所述对音频信号进行分帧后，还包括如下步骤：对每帧音频信号进行加窗处理。

根据以上方案，所述对原始输入的音频信号进行滤波，具体步骤包括：对原始输入的音频信号进行低通滤波，同时采用陷波器过滤信号传输过程中的工频干扰。

根据以上方案，所述将每帧音频信号分别变换得到音频幅值谱，采用的方法为离散傅里叶变换。

根据以上方案，在所述计算低频段的音频功率所占比例步骤之前，对所述音频信号进行有效段识别，若存在有效段，则进入下一步骤，若不存在有效段，则判断为噪声信号。

根据以上方案，所述有效段识别，具体地包括如下步骤：计算音频功率谱低频段的功率，并对其采用双门限端点检测法。

根据以上方案，所述双门限端点检测法，具体地包括如下步骤：对音频功率谱采用自适应噪声谱估计方法，估算出背景噪声功率谱，据此再确定上、下门限的取值。

根据以上方案，所述估算出背景噪声功率谱，具体地包括如下步骤：

采用一阶递归公式计算出所述音频信号的平滑功率谱；

获取所述平滑功率谱中的功率基准值；

计算出所述平滑功率谱与所述功率基准值的比值；

根据上述比值计算出音频信号有效段存在的概率；

根据上述概率计算出背景噪声的平滑系数；

根据上述平滑系数更新背景噪声功率谱。