[发明专利]一种基于球麦克风阵列的多声源定位方法

权利要求书

1.一种基于球麦克风阵列的多声源定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)、建立球坐标系，描述球麦克风阵列上每个阵元的位置，设置球麦克风阵列采集高阶声场声压的球谐函数；

(2)、建立球谐域阵列接收含噪声源信号模型；

(3)、利用信号的二阶统计特性，将建立的球谐域信号模型进行协方差运算，得出球麦克风阵列接收信号的协方差矩阵；

(4)、对步骤(3)中得到的协方差矩阵进行特征分解，分别得到信号子空间 、噪声子空间；

(5)、利用噪声子空间和信号子空间的正交性，定义信号子空间的导向矢量，构造标准空间方位谱，并从步骤(4)中所得到的噪声子空间中提取出一个噪声子空间特征向量，构造空间方位谱；

(6)、搜索方位谱的谱峰位置，提取出峰值对应的搜索值，确定声源方位的估计值。

2.根据权利要求1所述的一种基于球麦克风阵列的多声源定位方法，其特征在于，上述步骤(5)中所述的利用噪声子空间和信号子空间的正交性，定义信号子空间的导向矢量，构造标准空间方位谱，并从步骤(4)中所得到的噪声子空间中提取出一个噪声子空间特征向量，构造空间方位谱，其具体如下：

(5-1)、定义信号子空间的导向矢量，

利用信号子空间的导向矢量与噪声子空间近似正交，即，，定义信号子空间的导向矢量表达式为：

其中，空间俯仰角 和方位角 扫描整个空间方位，其变化范围分别为、，是一维矩阵，其元素由变量为阵元位置的球谐函数组成，表达式为：

      

(5-2)、构造标准空间方位谱，并在噪声子空间中提取噪声子空间的一个特征向量，构造空间方位谱：

设导向矢量与噪声子空间相乘之积的倒数为标准空间方位谱，其表达式为：

       

其中，为维矩阵，为维矩阵，从噪声子空间中提取噪声子空间的一个特征向量，有，构造空间方位谱，其表达式为：

      。

3.根据权利要求2所述的一种基于球麦克风阵列的多声源定位方法，其特征在于，上述步骤（6）中所述的搜索方位谱的谱峰位置，提取出峰值对应的搜索值，确定声源方位的估计值，其具体下：

空间方位谱函数为一个搜索空间俯仰角和方位角的函数，空间方位谱函数可用三维的空间方位谱图表示，轴是搜索角度的值，范围是，轴是搜索角度的值，范围是，轴代表谱值，谱峰所在很小的范围内，在这些小范围内进行小步进搜索，得到空间方位谱的谱峰位置，确定声源的空间方位，空间方位谱的谱峰搜索的过程如下：

(6-1)、在轴上范围内，等间距选择个值：，轴上范围内，等间距选择个值，，为声源个数，带入计算对应的谱值，进而确定门限值，其表达式为：

                       

其中，；

(6-2)、统计出大于门限的谱值的个数；

选择轴上的搜索步长为，轴上的搜索步长为，进行第次步进谱峰搜索，依次把点代入，计算对应的谱值，分别将各对应的谱值与门限值逐个比较，统计出大于门限值的谱值的个数；

(6-3) 判断步骤(6-2)所述的大于门限的谱值的个数是否小于信号源的个数，若步骤(6-2)中所述的大于门限的谱值的个数小于信号源个数，则转步骤(6-2)，继续进行第次谱峰搜索，直至大于门限的谱值个数大于或等于信号源个数；若步骤(6-2)中所述的大于门限的谱值的个数大于或等于信号源个数，则转步骤(6-4)；

(6-4)、以个大于门限的谱峰对应的搜索值构成取值域，在取值域内进行步进谱峰搜索，得到个取值域内谱峰对应的搜索值，其具体如下：

若第次步进谱峰搜索中大于门限值的谱峰个数,记下大于门限值的谱值对应的搜索值，选取搜索值点为长方形的中心，构成一个长方形的取值域：轴上的取值范围为，轴上的取值范围为，其中，在构成的个取值域内，选取轴上的搜索步长为，轴上的搜索步长为，依次进行步进谱峰搜索，得到各个取值域内谱峰对应的搜索值，；

(6-5)、确定声源方位的估计值，其具体如下：

若（6-4）中大于门限的谱峰个数等于信源个数，则步骤（6-4）中谱峰搜索得到的搜索值是声源方位的估计值，其中，；

若（6-4）中大于门限的谱峰个数大于信源个数,则把步骤（6-4）中谱峰搜索得到的搜索值 代入式（23）计算，得到个谱峰值，把个谱峰值按从小到大的顺序排列，删除前个谱峰值，剩下个谱峰值，个谱峰值对应的搜索值是声源方位的估计值，其中。