[发明专利]一种两级MUSIC麦克风阵列测向方法

摘要

一种两级MUSIC麦克风阵列测向方法，由N个阵元组成的麦克风阵列接收空间远场声源信号，获取麦克风阵列的采样数据；对采样数据进行分段，得到分段麦克风阵列数据；获取频域分段阵列数据；选取可利用频率单元，得到可利用频率集；确定到达角估计时的参考频率；利用两级MUSIC算法计算声源信号的入射角。本发明结合不同频段频率单元进行角度估计时的优点，通过选择最接近参考频率的频率单元分别进行最多两级MUSIC谱估计，其中高频端的频率单元用于保证角度估计精度，低频段的频率单元则用于解角度估计模糊，利用低频端的角度估计结果解高频端的角度模糊，进而获得高精度的角度估计结果。

主权项

一种两级MUSIC麦克风阵列测向方法，包括以下步骤：由N个阵元组成的麦克风阵列接收空间远场声源信号，步骤1、获取麦克风阵列的采样数据XN×TotalK；其中，N为阵列的阵元数，TotalK为语音数据处理长度；步骤2、对采样数据进行分段，得到分段麦克风阵列数据SegXN×(Nseg×SubK)；其中，Nseg为数据分段数，SubK为子段数据长度，OlapK为相邻子段数据重叠长度；步骤3、获取频域分段阵列数据分别对每个通道的每个子段数据进行离散傅里叶变换，得到频域分段麦克风阵列数据：第i通道的第l子段数据的傅里叶变换过程如下：步骤4、选取可利用频率单元，得到可利用频率集；对频域分段麦克风阵列数据按照阵元方向和数据段方向进行平均，得到频域平均麦克风阵列数据SegX~‾=Σj=0Nseg-1SegX~‾j=Σj=0Nseg-1Σi=1Nx~i,(SubK-Olap)×j+1Σi=1Nx~i,(SubK-Olap)×j+2...Σi=1Nx~i,(SubK-Olap)×j+SubK=Σj=0Nseg-1(Σi=1Nx~i,(SubK-Olap)×j+1)Σj=0Nseg-1(Σi=1Nx~i,(SubK-Olap)×j+2)...Σj=0Nseg-1(Σi=1Nx~i,(SubK-Olap)×j+SubK),]]>其中，将频域平均麦克风阵列数据中幅度谱超过设定门限的数据所对应的频率单元作为可利用频率单元；选出可利用频率单元后，根据频率单元所对应的频率值的大小进行降序排列，得到可利用频率集AFsets＝{f1,f2,…fJ}，J为可利用频率单元数；步骤5、确定参考频率d为阵元间距，c为声音传播速度；步骤6、利用两级MUSIC算法计算声源信号的入射角；步骤6‑1、确定最大能量频率单元；在可利用频率集AFsets中寻找最大能量频率单元Fmax，判断该最大能量频率单元Fmax是否小于参考频率Fref，如果是则执行步骤6‑2，否则执行步骤6‑6；步骤6‑2、利用该最大能量频率单元Fmax对应的频域分段阵列数据采用MUSIC算法计算角度估计值，执行步骤6‑3；步骤6‑3、在可利用频率集AFsets中寻找最接近参考频率的频率单元fi，判断该频率单元fi是否大于参考频率Fref，如果是则利用该频率单元fi对应的频域分段阵列数据采用MUSIC算法计算角度估计值，执行步骤6‑4，否则执行步骤6‑5；步骤6‑4、角度估计解模糊；当从步骤6‑2转至执行步骤6‑3时，利用步骤6‑2得到的角度估计值进行解模糊：以步骤6‑2得到的角度估计值为参考值，选择步骤6‑3得到的角度估计值中最接近参考值的对应角度估计值作为最终的估计结果；当从步骤6‑6转至执行步骤6‑3时，利用步骤6‑6得到的角度估计值进行解模糊：以步骤6‑6得到的角度估计值为参考值，选择步骤6‑3得到的角度估计值中最接近参考值的对应角度估计值作为最终的估计结果；步骤6‑5、判断该频率单元fi是否大于最大能量频率单元Fmax，如果是则利用频率单元fi对应的频域分段阵列数据采用MUSIC算法计算角度估计值，并作为最终的估计结果，否则选择步骤6‑2得到的角度估计值作为最终的估计结果；步骤6‑6、在可利用频率集AFsets中寻找小于参考频率Fref的最大值能量频率单元fi’，如果存在fi’<Fref，则利用该最大值能量频率单元fi’对应的频域分段阵列数据采用MUSIC算法计算角度估计值，执行步骤6‑3，否则执行步骤6‑7；步骤6‑7、利用参考频率Fref对应的频域分段阵列数据采用MUSIC算法计算角度估计值，并作为最终的估计结果。