[发明专利]主动声源定位与声音信号重构方法及装置

权利要求书

1.一种主动声源定位与声音信号重构方法，其特征在于，通过连续旋转并采集雷达前端的基带信号，对基带信号进行局部加权消除由于环境中其他静态物体在雷达前端旋转过程中引起的相对运动及低频振动物体的干扰，获取高频振动分量信号；然后通过对高频振动分量信号进行短时傅里叶变换处理，得到时频分布图，根据时频分布图信号幅值最大位置，结合旋转速度计算得到声源目标的方位角；将雷达天线正对辨识出的声源，采集雷达前端的基带信号，提取声源的振动位移时域波形信号，进而重构声音信号；

所述的局部加权，具体包括：

步骤1，对采集得到的基带信号I(t)和Q(t)进行局部加权线性回归，得到平滑后的基带信号I_trend(t)和Q_trend(t)；

步骤2，原始的基带信号减去经局部加权线性回归的平滑信号，得到高频振动分量I_highfreq(t)＝I(t)-I_trend(t)，Q_highfreq(t)＝Q(t)-Q_trend(t)。

2.根据权利要求1所述的主动声源定位与声音信号重构方法，其特征是，所述的局部加权线性回归的平滑信号，通过滑动窗的形式依次对窗内数据采用加权线性最小二乘法进行拟合，得到平滑信号。

3.根据权利要求1所述的主动声源定位与声音信号重构方法，其特征是，所述的声源目标的方位角，通过以下方式得到：对高频振动分量信号进行短时傅里叶变换处理，得到时频分布图并计算得到声源目标的方位角θ＝ωt，其中：ω为旋转平台的角速度，t为雷达前端旋转到正对声源位置时的时间；

旋转过程中雷达前端正对声源信号时的时间t由时频分布图中信号幅值最大处对应的时间确定，进而计算得到声源与标定位置的夹角。

4.根据权利要求1所述的主动声源定位与声音信号重构方法，其特征是，所述的重构：根据声源位置方位角信息，将雷达天线正对声源，同步采集雷达前端的两通道基带信号I_(t)和Q_(t)，选择I_(t)和Q_(t)中方差较大者为最佳通道信号φ(t)，并计算得到声源的振动位移为实现重构。

5.一种实现权利要求1～4中任一所述方法的系统，其特征在于，包括：雷达前端、旋转平台、处理器、控制器和显示与保存模块，其中：用于发射并接收连续波微波信号、输出基带信号的雷达前端固定设置于旋转平台上，雷达前端与处理器相连并传输雷达基带信号，处理器与显示与保存模块相连并传输声源目标位置信息和声源振动信号，控制器与旋转平台、雷达前端、处理器以及显示与保存模块相连并传输控制信号，显示与保存模块对测量结果进行显示与保存。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的雷达前端包括：微波信号源、功分器、功率放大器、正交移相器、低噪声放大器、混频器、低通滤波器、发射天线和接收天线，其中：微波信号源与功分器相连并传输单频载波信号，功分器与功率放大器和正交移相器相连，功率放大器与发射天线相连并传输放大的单频载波信号，接收天线与低噪声放大器相连并传输放大的接收信号，低噪声放大器与正交移相器的两个输出端分别与混频器相连并产生混频信号，两个混频器输出端分别与低通滤波器相连并产生下变频基带信号，低通滤波器输出端与信号调理电路相连并传输基带信号，微波信号源的信号经过功分器分为两路，一路经过功率放大器连接发射天线并传输放大的单频载波信号，一路经过正交移相器与混频器相连并传输本振信号。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的处理器包括：信号采集模块和信号处理模块，其中：信号采集模块同步采集雷达基带信号并传输到信号处理模块，信号处理模块根据雷达基带信号进行基于单频连续波雷达的声源定位方法，提取得到声源目标的位置信息并重构声源的声音信号。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的控制器包括：信号参数设置模块、平台控制模块、工作运行模块以及数据传输模块，其中：信号参数设置模块与雷达前端相连并传输微波雷达参数设置信息，平台控制模块与旋转平台相连并控制旋转平台的旋转运动，工作运行模块与处理器相连并控制信号处理过程，数据传输模块与显示与保存模块相连并控制测量结果的显示与保存。