[发明专利]主动声源定位与声音信号重构方法及装置

说明书

一种主动声源定位与声音信号重构方法及装置，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，得到时频分布图并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。本发明通过定向测试实现多声源的准确定位与分离以及对声音信号的精确重构，在噪声较大和密闭环境中同样可以发挥良好的检测特性，系统具有微型化、低功耗、操作简便以及计算效率高等优点。

技术领域

本发明涉及一种声源定位与声音信号重构领域的技术，特别涉及一种基于单频连续波雷达的主动声源定位与声音信号重构方法及装置。

背景技术

声源定位技术在声音信号采集与检测、机械设备故障检测与噪声分析、军事侦查以及其他噪声源定位中发挥着关键作用。如何精确感知声场中各个声源信号的位置，同时重构声音信号，一直以来都是人们研究的重要内容。现有声源定位方法主要是基于麦克风阵列的声源定位方法，通过构建特定形式的麦克风阵列组合获取声源产生的声音信号，然后利用阵列信号处理算法进行声源定位和声音信号的重建。但是，这种声源定位方法的本质是采集传播过程中的声音信号，在密闭隔音容器中的仪器检测或者杂音干扰较大环境中的使用受限，且麦克风单元数量较多，阵列的尺寸相应较大。在多个声源的定位过程中，难以解决相干性问题，且麦克风阵列对500Hz以下声音信号检测效果较差，难以实现低频声源的准确定位。

发明内容

本发明针对现有技术难以实现声源的准确定位和声源信号的精确重构、麦克风阵列在噪声干扰大和隔音环境中的测量问题以及多声源定位中的相干性问题和低频声源的定位困难问题，提出一种主动声源定位与声音信号重构方法及装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种主动声源定位与声音信号重构方法，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，得到时频分布图并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。

本发明涉及一种实现上述方法的系统，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。

技术效果

本发明整体解决现有技术中系统阵列尺寸大，计算量高、低频声音信号检测效果差、多声源定位过程中的相干性以及难以实现噪声较大和密闭环境中声源定位与重构的问题。

与现有技术相比，本发明通过连续旋转雷达前端实现声源的快速定位和定向测试实现多声源的准确定位与分离以及对声音信号的精确重构，同时微波具有穿透性，在噪声较大和密闭环境中同样可以发挥良好的检测特性，系统具有微型化、低功耗、操作简便以及计算效率高等优点。

附图说明

图1为本发明的基于单频连续波雷达的声源定位方法流程图；

图2为本发明实施例中雷达前端安装平台的示意图；

图3为本发明实施例中I通道、Q通道基带信号及其局部加权线性平滑回归信号；

图4为本发明实施例中I通道、Q通道获取高频振动信号分量；

图5为本发明实施例中I通道高频信号的时频分析图；