【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于阵列信号处理，尤其是麦克风阵列波达方向估计领域，涉及一种拓展孔径双麦克风阵列宽带无模糊doa估计方法。
技术介绍
1、阵列信号处理，是信号处理领域内的一个重要分支。在通信、雷达、声纳、无人驾驶等领域均有着广泛的应用。阵列信号处理技术利用按照某种方式摆放后传感器之间的位置关系，使不同传感器接收到的信号中包含不同的空间信息，其主要目的是利用空间信息抑制接收信号中的干扰和噪声。波达方向估计(direction of arrival，doa)，即空间谱估计，是阵列信号处理技术的重要组成部分，可用于信号的分选与识别、引导阵列天线合成波束等具体任务。
2、麦克风阵列信号处理是阵列信号处理处理中较为特殊的一类方法，它将阵列信号处理技术与宽带语音信号处理方法结合起来。其信号处理的目标是以语音为代表的宽带信号。相较于一些在雷达、无线电等领域发展得相对成熟的窄带信号doa估计技术，例如多信号分类算法(multiple signal classification，music)，宽带信号的doa估计技术由于运算量大、工程实现繁琐、实时性不好等缺点，在实际系统中的应用较少；现今的阵列信号测向系统也主要针对窄带信号。但随着通信技术和信号处理技术的发展，信号在空域和频域上的分布更加密集，窄带信号doa估计技术越来越难满足实际需求。而宽带信号的doa估计技术也具有越来越重要的理论和应用价值。
3、宽带信号doa估计技术多是在窄带信号doa估计技术的基础上发展而来，常见的宽带信号doa估计方法可分为两类：非相干信号子空间方法
4、对于麦克风阵列的结构，为了使得阵列在大多数场合下更容易部署，设计时往往倾向于麦克风个数较少的线阵；而为了得到更精确的估计结果，又不可避免地需要增加阵列的孔径；这两方面因素导致，在实际应用中阵列中麦克风的间距通常比较大，称之为拓展孔径阵列。而当麦克风间距过大时，方向向量的相位模糊问题会给中高频率的doa估计造成不小的困难。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种拓展孔径双麦克风阵列宽带无模糊doa估计方法，在“用窄带music算法估计宽带信号声源doa”的任务上，改进了传统ism方法，引入先验信息，克服了拓展阵列孔径造成的相位模糊问题。对于任意双麦克风阵列，能够得到可靠的全频带doa估计结果。
2、技术方案：本专利技术的一种基于聚类music算法的拓展孔径双麦克风阵列宽带信号无模糊doa估计方法，包括如下步骤：
3、步骤s1、对于双通道阵列接收信号作短时傅里叶变换，将宽带语音信号划分为以f1,f2,…,fk为中心频率的k个窄带信号；
4、步骤s2、结合当前扩展孔径阵列的形状，计算开始出现相位模糊的频率点fw，并以fw为界限将整个频带分为两部分；
5、步骤s3、对于以f1,f2,…,fw-1为中心频率的w-1个窄带信号，用窄带music算法估计信号的music谱，并从music谱函数上读取唯一的峰值θi,i＝1,2,…,w-1；
6、步骤s4、统计θ＝{θ1,θ2,…,θw-1}，选取其中频数最大的角度为聚类中心的初始值θ0；
7、步骤s5、对于以fw,fw+1,…,fk为中心频率的k-w个窄带信号，依次用窄带music算法估计信号的music谱，进行谱函数修正，并从music谱函数上读取无模糊的峰值坐标作为当前频率点的doa估计结果，并更新聚类中心θ0。所有频率估计完成后，聚类中心θ0即为全频带的doa估计结果。
8、进一步的，步骤s1具体包括如下步骤：
9、s1.1、记zm(t)为第m个麦克风阵元接收信号，s(t)为期望目标语音，nm(t)为由一些方向噪声分量和一些环境噪声分量组成的第m个麦克风上的干扰信号,am(t)为从目标语音源到麦克风的声学传递函数(acoustic transfer function,atf)，即方向向量，则阵列接收信号可描述为：
10、zm(t)＝am(t)*s(t)+nm(t)m＝1,2
11、其中，*表示卷积运算；
12、s1.2、由于传递函数am(t)随时间慢变，由语音信号的短时平稳性，视传递函数关于帧时不变；对zm(t)做stft，得到阵列接收信号的时频域表示：
13、zm(l,k)≈am(k)s(l,k)+nm(l,k)m＝1,2
14、其中l为帧索引，k为频率点索引，写作矩阵形式：
15、z(l,k)＝a(k)s(l,k)+n(l,k)
16、具体到接收信号z(l,k)的前l帧，第k个频率点。省略频率点索引k，将zm(l,k)记为zm(l)，则此时接收信号表示为：
17、
18、记m为阵列麦克风个数，则则以fk为中心频率的窄带信号可表示为：
19、z＝as+n。
20、进一步的，步骤s2具体包括如下步骤：
21、s2.1、由步骤s1可得，以fk为中心频率的窄带信号z的atf为a＝[a1(θ)a2(θ)]t，θ为目标声源doa，根据拓展孔径阵列的阵元间距d将atf进一步表示为：
22、
23、s2.2、记为第二个麦克风方向向量的辐角，如果|α(θ)|>π，就会导致某些辐角对应多个doa方向，产生相位模糊，故可得出相位模糊的产生条件：
24、
25、根据该条件得出开始出现相位模糊的频率点fw：
26、fw＝c/2d
27、s2.3、以fw为界限将整个频带分为两部分，即以f1,f2,…,fw-1为中心频率的w-1个窄带和以fw,fw+1,…,fk为中心频率的k-w个窄带。其中只有第二部分信号会出现相位模糊现象。
28、进一步的，步骤s3具体包括如下步骤：
29、s3.1、以fk为中心频率的窄带信号，首先计算接收信号的自协方差矩阵：
30、r＝zzh＝asshah+nnh＝arsah+rn
31、其中rs＝ssh为信号分量自协方差矩阵；rn＝nnh＝σ2i为噪声分量自协方差矩阵；
32、s3.2、对接收信号的自协方差矩阵进行特征值分解，它的特征值为λ1,λ2,…,λm，对应特征向量为u1,u2,…,um。令∑＝diag[λ1,λ2,…,λm]，u＝[u1,u2,…本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种拓展孔径双麦克风阵列宽带无模糊DOA估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种拓展孔径双麦克风阵列宽带无模糊DOA估计方法，其特征在于，步骤S1具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种拓展孔径双麦克风阵列宽带无模糊DOA估计方法，其特征在于，步骤S2具体包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种拓展孔径双麦克风阵列宽带无模糊DOA估计方法，其特征在于，步骤S3具体包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种拓展孔径双麦克风阵列宽带无模糊DOA估计方法，其特征在于，步骤S5具体包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种拓展孔径双麦克风阵列宽带无模糊doa估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种拓展孔径双麦克风阵列宽带无模糊doa估计方法，其特征在于，步骤s1具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种拓展孔径双麦克风阵列宽带无模糊doa估计方法...
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