【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于声源定位，具体涉及一种连续移动麦克风阵列声源定位方法和一种连续移动麦克风阵列声源定位装置。
技术介绍
1、基于麦克风阵列的声源定位是一种利用多麦克风系统在三维空间中确定声源位置的技术。在该技术中，波束形成法可以根据麦克风达到最大输出功率时的信号变化来搜索声源位置；高分辨谱估计法通过分解协方差矩阵来估计声源方位。在波束形成法中，麦克风阵列的工作频率范围受阵列大小以及阵列中两个相邻麦克风之间距离的限制，为突破此限制，目前采用如下两种算法来用于波束形成中实现声学成像：
2、第一种，非同步测量算法，该算法通过将小型的原型阵列顺序间歇移动到不同位置进行测量，来近似获得具有更大尺寸、更高阵元密度的虚拟阵列的测量结果，从而扩展麦克风阵列的工作频率。然而，非同步测量方法由于麦克风阵列不同移动位置测量之间是非同步的，无法获得各测量之间的相位信息，即互相关矩阵的非对角块部分缺失，因此通常需要矩阵补全方法来获取缺失信息，但这种方法往往存在误差，导致定位分辨率低于虚拟阵列。因此，尽管非同步测量方法可以通过虚拟更大更密集的阵列来拓宽声波束形成的工作频率范围，但该方法存在如下缺陷：需要采用矩阵补全方法来获取互相关矩阵中的缺失信息；需要采用合适的空间基以保证空间连续性，建立不同测量之间的相位关系。
3、第二种，基于时域延时求和的连续移动麦克风阵列声源定位方法，该方法将时域延迟求和算法中声源到阵列之间的距离替换为随时间变化的函数。由于麦克风阵列旋转，麦克风沿着描述的轨迹在不同位置采样，从而减少或抑制麦克风阵列的空间混叠。但
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术所存在的麦克风阵列声源定位方法中非同步测量算法通过矩阵补全来获取缺失信息存在误差而导致定位分辨率低于虚拟阵列、以及基于时域延时求和的连续移动麦克风阵列声源定位方法无法对所有时刻的延时求和结果保证定位分辨率且需要大量的计算时间和成本的不足之处，而提供了一种连续移动麦克风阵列声源定位方法和一种连续移动麦克风阵列声源定位装置。
2、为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：
3、一种连续移动麦克风阵列声源定位方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
4、步骤1，使麦克风阵列以预定移动路径及速度连续移动，对声源发出的声信号进行采集得到时域音频信号；
5、步骤2，设置时域音频信号分割段数，根据音频分段和麦克风阵列的移动轨迹，获得虚拟麦克风阵列；
6、步骤3，对各段时域音频信号进行频率分析得到对应的频域音频信号，选取其中一段频域音频信号为参考，对其他段进行相位补偿，得到虚拟阵列频域音频信号；
7、步骤4，对虚拟阵列频域音频信号去除麦克风阵列移动引起的多普勒效应，以修正频移，对经频移修正的音频信号进行计算，得到互相关矩阵；
8、步骤5，对互相关矩阵进行求解，获得声源定位结果。
9、进一步地，在步骤1中：
10、将麦克风阵列初始位置表示为：
11、
12、式中，m为麦克风的个数；
13、将采集到的时域音频信号表示为：
14、f(t)＝[f1(t) f2(t)…fm(t)]t
15、式中，t表示信号采集时间。
16、进一步地，步骤2包括：
17、将第h段时域音频信号中心时刻麦克风阵列的坐标表示为：
18、
19、式中，v为初始麦克风阵列的速度矢量，h为音频信号的分割段数；
20、将虚拟麦克风阵列的坐标表示为：
21、进一步地，步骤3包括以下子步骤：
22、步骤3.1，对各段时域音频信号进行傅里叶变化，得到对应的频域音频信号其中，为分析频率，th为第h段时域音频时长，th＝t/h；
23、步骤3.2，选择第一段频域信号为参考，对其后的各段频域信号进行相位补偿，对第h段频域信号相位补偿后为：
24、
25、式中，e为自然对数的底数，j为虚数单位；
26、步骤3.3，将虚拟麦克风阵列采集的信号表示为：
27、
28、进一步地，步骤4包括以下子步骤：
29、步骤4.1，对声源平面进行网格划分：n＝u×z，其中，u为沿y方向划分的等分离散网格数，z为沿x方向划分的等分离散网格数，n为所划分的总网格数；
30、步骤4.2，对相位补偿后的信号进行频移修正，针对声源平面上第n个网格点修正后的第h段信号为：
31、
32、式中，为真实声源频率fd为多普勒效应引起的失真信号频率，为马赫数，c为声速，表示麦克风阵列的运动方向与ph中第m个麦克风和声源平面上第n个网格点的距离矢量之间的夹角；
33、步骤4.3，f经频移修正为：
34、步骤4.4，计算得到互相关矩阵其中，表示共轭转置运算。
35、进一步地，在步骤4中，采用波束形成算法对互相关矩阵进行求解，具体包括以下子步骤：
36、步骤4.1，计算从声源平面上第n个网格点到虚拟麦克风阵列中的第h段信号第m个麦克风的信号的权重系数：
37、
38、式中，rn为第n个网格点的位置，为波数；
39、步骤4.2，将权重组成的导向矢量记为其中，
40、步骤4.3，计算声源平面上第n个网格点处的功率输出：
41、一种连续移动麦克风阵列声源定位装置，其特殊之处在于，包括：麦克风阵列和数据处理单元；
42、麦克风阵列能够以预定移动路径及速度连续移动并且包括信号采集模块，信号采集模块用于对声源发出的声信号进行采集得到时域音频信号；
43、数据处理单元用于对所采集的时域音频信号进行处理，包括：
44、信号分段模块，用于设置时域音频信号分割段数，根据音频分段和麦克风阵列的移动轨迹，获得虚拟麦克风阵列；
45、相位补偿模块，用于对各段时域音频信号进行频率分析得到对应的频域音频信号，选取其中一段频域音频信号为参考，对其他段进行相位补偿，得到虚拟阵列频域音频信号；
46、频移修正模块，用于对虚拟阵列频域音频信号去除麦克风阵列移动引起的多普勒效应，以修正频移，对经频移修正的音频信号进行计算，得到互相关矩阵；
47、定位求解模块，用于对互相关矩阵进行求解，获得声源定位结果。
48、一种电子设备，其特殊之处在于，包括：一个或多个处理器；存储器，其上存储有计算机程序，计算机程序被所述一个或多个处理器执行时执行上述连续移动麦克风阵列声源定位方法。
49、一种计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种连续移动麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的连续移动麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，在所述步骤1中：
3.根据权利要求2所述的连续移动麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，所述步骤2包括：
4.根据权利要求3所述的连续移动麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，所述步骤3包括以下子步骤：
5.根据权利要求4所述的连续移动麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，所述步骤4包括以下子步骤：
6.根据权利要求5所述的连续移动麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，在所述步骤4中，采用波束形成算法对互相关矩阵进行求解，具体包括以下子步骤：
7.一种连续移动麦克风阵列声源定位装置，其特征在于，包括：麦克风阵列和数据处理单元；
8.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储器，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述一个或多个处理器执行时执行根据权利要求1至6中的任一项所述的连续移动麦克风阵列声源定位方法。
9.一种计算机可读介质，其特征在于：其
...【技术特征摘要】
1.一种连续移动麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的连续移动麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，在所述步骤1中：
3.根据权利要求2所述的连续移动麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，所述步骤2包括：
4.根据权利要求3所述的连续移动麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，所述步骤3包括以下子步骤：
5.根据权利要求4所述的连续移动麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，所述步骤4包括以下子步骤：
6.根据权利要求5所述的连续移动麦克风阵列声源定位方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：宁方立，蒙迪，张景博，侯宏杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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