[发明专利]基于双微麦克风阵的声源定位方法

权利要求书

1.一种基于双微麦克风阵的声源定位方法，其特征在于：将模拟人耳的双微麦克风阵列初次引入声源定位方法，同时，将空间聚类和能量分析的方法引入相位变换加权的可控响应功率声源定位算法，并结合微型阵的结构特点有效减少计算量，包括如下步骤：

(1)构建双边微型麦克风阵列并确定相关坐标位置，其过程如下：设立两个相距16cm的微型麦克风阵，每个微型麦克风由4个麦克风均匀分布在直径为4cm的圆上，在单声源的房间里，第i个麦克风接收到的信号表示为：

x_i(n)＝s(n)*h_i(n)+v_i(n)

其中，s(n)是声源信号，h_i(n)是房间的单位脉冲响应，v_i(n)是与s(n)不想关的背景噪声，“*”是卷积符号；

可推导出8个麦克风的坐标分别为：s1(0,8,2),s2(2,8,0),s3(0,8,-2),s4(-2,8,0),s5(0,-8,2),s6(2,-8,0),s7(0,-8,-2),s8(-2,-8,0)；

(2)分别计算各麦克风接收到的语音信号的能量，比较两个微型阵列接收到的平均能量，将空间以阵列中间平面为轴面一分为二，将能量较大的微型阵的一边作为之后定位的范围，其过程如下：设第i个麦克风接收到的信号能量为

E_i＝∑x_i²(n)

左右耳接受到的信号能量总和分别为

比较左右耳接收到的能量大小，若右耳能量大，则将定位范围确定在右边区域即y0区域；若左耳能量大，则确定在左边区域即y0区域；

(3)使用空间聚类的方法将空间分割成一个个小网格并确定声源位置候选点，有效减少候选点数量，每个网格对应一组麦克风阵列的导引时延；

(4)根据相位变换加权的可控响应功率算法计算出麦克风阵列导引到每个位置候选点的输出功率即可控响应功率，并找出最大可控响应功率；

(5)通过查表或网格法找出最大可控响应功率对应的声源位置候选点，实现定位。

2.根据权利要求1所述的基于双微麦克风阵的声源定位方法，其特征在于：在步骤(3)中，其过程如下：

1)首先将整个搜索空间作为一个矩形的块；

2)分别计算各块八个顶点到麦克风阵列的到达时延TDOAs，如果出现至少两个顶点的到达时延TDOAs不同，则将该块均匀分成8个部分，否则停止分割该块；

3)将分割好的各块重复过程2)的操作，直到空间中分割好的各块都满足条件为止；

4)选取各块中心点为声源候选位置点。

3.根据权利要求1所述的基于双微麦克风阵的声源定位方法，其特征在于：在步骤(4)中，其过程如下：

首先定义假想声源候选点q，q到第i个麦克风的时延定义为τ_i,q，那么候选点到每个麦克风对的相对时延为

τ_lm＝τ_l,q-τ_m,q

给出第i个麦克风在时刻n接受到的声源信号x_i(n)，延迟求和波束形成器的输出为

其频域描述

式中，X_i(k),G_i(k)分别为第i个麦克风接收到的语音信号的短时傅里叶变换及其对应的相关滤波器；可控响应功率算法中每个候选点的波束输出功率即可控响应功率为

其中，X_l(k),X_m(k)分别为第l个和第m个麦克风接收到的语音信号的短时傅里叶变换，ψ_lm(k)＝G_l(k)G_m′(k)为相关权函数；

为了在复杂混响的情况下获得更好的系统鲁棒性和可靠性，引入相位变换的权函数，即

4.根据权利要求1所述的基于双微麦克风阵的声源定位方法，其特征在于：最大可控响应功率对应的声源位置候选点为所求的声源位置点