[发明专利]一种基于模式聚类的声源定位方法及系统

权利要求书

1.一种基于模式聚类的声源定位方法，其特征在于，所述方法包括：

获取不同测量位置处多个传感器检测的声源发出的信号，构成原始信号阵列；

计算所述原始信号阵列中每个信号到参考信号的马氏距离；

在所述原始信号阵列中提取马氏距离小于或等于有效性距离阈值的信号，并将提取的信号确定为有效信号，所有有效信号构成有效信号阵列；

对所述有效信号阵列中的有效信号进行分组，获得多个分组信号；

初始化波传播速度；

根据所述波传播速度，采用联合可控响应功率和相位变换方法，对每个分组信号进行声源定位，获得每个分组信号定位的声源空间位置和声源空间位置处的能量，作为每个分组信号的声源定位特征，并将所有分组信号的声源定位特征构成定位数据集，具体包括：根据所述波传播速度，采用联合可控响应功率和相位变换方法，利用公式和获得每个分组信号定位的声源空间位置；根据所述波传播速度，采用联合可控响应功率和相位变换方法，利用公式获得每个分组信号在定位的声源空间位置处的能量；其中，P(x)为声源空间位置x处的空间能量分布，l_i和q_i分别为第i个分组信号中的第l个传感器和第q个传感器，M为第i个分组信号中有效信号的数量，为l_i和q_i的相位变换广义互相关，τ为相位变换广义互相关运算后的时延变量，δ()为Delta函数，为对的采样，为第i个分组信号中第l个传感器与第q个传感器对(l_i,q_i)理论计算的到时，τ(x，l_i)为声源空间位置x到第i个分组信号中第l个传感器的到时，τ(x，q_i)为声源空间位置x到第i个分组信号中第q个传感器的到时，为声源空间位置x到第i个分组信号中第l个传感器的距离，为声源空间位置x到第i个分组信号中第q个传感器的距离，x为声源空间位置，和分别为第i个分组信号中第l个传感器和第q个传感器的空间位置坐标，v为波传播速度，为第i个分组信号定位的声源空间位置，为第i个分组信号定位的声源空间位置处的能量；

利用具有噪声的基于密度的聚类方法对所述定位数据集进行聚类，获得所述定位数据集的多个聚类类别；

计算每个聚类类别的平均能量，并将最大的平均能量对应的聚类类别确定为待融合聚类类别；

计算所述待融合聚类类别中所有分组信号定位的声源空间位置处的平均能量；

对所述待融合聚类类别中的每个分组信号进行能量谱分析，获得所述待融合聚类类别中所有分组信号的初始能量总和；

根据所述平均能量和所述初始能量总和计算损失函数值，并判断所述损失函数值是否小于损失阈值，获得判断结果；

若所述判断结果表示是，则利用PCA加权融合方法对所述待融合聚类类别中所有的空间位置坐标进行融合，并将融合后的空间位置坐标确定为最终的声源位置；

若所述判断结果表示否，则更新波传播速度，返回步骤“根据所述波传播速度，采用联合可控响应功率和相位变换方法，对每个分组信号进行声源定位，获得每个分组信号定位的声源空间位置和声源空间位置处的能量，作为每个分组信号的声源定位特征，并将所有分组信号的声源定位特征构成定位数据集”。

2.根据权利要求1所述的基于模式聚类的声源定位方法，其特征在于，计算所述原始信号阵列中每个信号到参考信号的马氏距离，具体包括：

将所述原始信号阵列中的每个信号变换到频域，获得所述原始信号阵列中每个信号对应的频谱信号；

将所述原始信号阵列中所有频谱信号的均值信号作为参考信号；

利用公式计算每个频谱信号到参考信号的马氏距离；

其中，x为传感器x采集的频谱信号矩阵，y为参考信号矩阵，D(x,y)为频谱信号矩阵x与参考信号矩阵y的马氏距离，M为频谱信号矩阵x与参考信号矩阵y的相关矩阵，M为正定阵，w_ij为相关矩阵M的第i行第j列的元素，x_i和x_j分别表示传感器x在第i个和第j个采样点采集的频谱信号的幅值，y_i和y_j分别表示参考信号矩阵的第i个和第j个采样点对应的频谱信号的幅值，N为采样点数。