[发明专利]一种基于麦克风阵列的多旋翼无人机声信号增强方法

说明书

本发明公开了一种基于麦克风阵列的多旋翼无人机声信号增强方法，该方法包括以下步骤：首先利用麦克风阵列对监测现场进行同步多通道音频信号采集；之后对采集到的多通道音频数据信号进行线谱增强处理，并检测出多旋翼无人机声信号线谱所在的数据帧；然后通过求取时延估计估算上一步获得的每个数据帧的声源方向，并对声源方向进行聚类分析，判断每个数据帧的声源类型；最后利用广义旁瓣对消技术，对声源类型为多旋翼无人机声源的信号进行增强处理。本发明的方法能有效提高多旋翼无人机声信号的信噪比，原理简单，易于实现，为基于多旋翼无人机声信号的目标分类与识别奠定了良好基础。

技术领域

本发明属于非语音音频信号增强与阵列音频增强领域，特别涉及一种基于麦克风阵列的多旋翼无人机声信号增强方法。

背景技术

声探测技术作为一种重要的检测手段，广泛应用于生产生活的各个方面，近年来，麦克风阵列以及声探测技术被广泛应用于无人机声探测中。当前，多旋翼无人机技术发展迅速，尤其是小型廉价款。旧有针对大型、有人驾驶飞机的安全法规已经无法适用于当前多旋翼无人机的监管，亟需利用新的技术手段，建立新的监测网络。近年来，已有的一些技术方案从无人机音频信息中提取特征并结合前沿人工智能算法，对多旋翼无人机声音信号进行检测识别，文献1(József Mezei，András Molnár.Drone sound detection bycorrelation[C]//IEEE International Symposium on Applied ComputationalIntelligenceInformatics.IEEE，2016)中Mezei等人利用皮尔逊相关性、斯皮尔曼等级相关等方法进行无人机声探测，文献2(王威，安腾飞，欧建平.无人机被动音频探测和识别技术研究[J].声学技术，2018.)中王威等人利用无人机声信号的梅尔频率倒谱系数进行多旋翼无人机声探测。但是受限于音频质量，受环境干扰影响较大，此类方法稳健性不够。

由此可知，现有方法存在未考虑背景噪声干扰影响和音频质量不稳定的技术缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效增强音频信号中的多旋翼无人机声信号，且充分降低环境背景噪声干扰的基于麦克风阵列的多旋翼无人机声信号增强方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于麦克风阵列的多旋翼无人机声信号增强方法，包括以下步骤：

步骤1、利用麦克风阵列对监测现场进行同步多通道音频信号采集；

步骤2、对步骤1采集到的多通道音频数据信号进行线谱增强处理，并检测出多旋翼无人机声信号线谱所在的数据帧；

步骤3、通过求取时延估计估算步骤2获得的每个数据帧的声源方向，并对声源方向进行聚类分析，判断每个数据帧的声源类型；

步骤4、利用广义旁瓣对消技术，对步骤3获得的声源类型为多旋翼无人机声源的信号进行增强处理。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明中通过自适应线谱增强步骤充分考虑并抑制了环境背景噪声的干扰；2)本发明采用聚类分析方法分析声源类型，能够在不同信噪比、不同声源数量的情况下有效的分辨出多旋翼无人机声源；3)本发明中采用基于最小二乘法的声源方向估计方法，计算简单、易于实现，且测向效果良好；4)本发明采用广义旁瓣对消技术能够有效滤除空间中的噪声干扰，同时增强了目标信号。

附图说明

图1为本发明基于麦克风阵列的多旋翼无人机声信号增强方法的流程图。

图2为本发明实施例中实测原始数据所使用的四元立体麦克风阵列的结构图。

图3为本发明实施例中实测原始数据的时间频谱图与功率谱图，其中，图A为原始信号的时间频谱图，图B为功率谱图，方框处为噪声干扰较强之处，图C为时间频谱图的三维视图。