[发明专利]基于频域Bark子带的波束扫描方法及声源定向装置

权利要求书

1.一种基于频域Bark子带的波束扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：麦克风阵列采集声音信号，计算获得阵列频域输出信号模型；

步骤2：根据采样频率和Bark子带中心频率求取感兴趣频点；估计感兴趣频点处阵列频域输出信号的协方差矩阵；

步骤3：计算感兴趣频点对应的窄带空间谱；

步骤4：将所有感兴趣频点窄带空间谱进行平均，获得平均空间谱；

步骤5：在全角度区域进行平均空间谱搜索，获得声源方向。

2.根据权利要求1所述的基于频域Bark子带的波束扫描方法，其特征在于：步骤1中，阵列频域输出信号模型通过如下方法计算，

第n个阵元时域输出为：

x_n(t)＝s(t+τ_n)+v_n(t)

式中，v_n(t)为第n个阵元的噪声，s(t)为声音信号，τ_n为信号到达第n个阵元对于到达参考原点的传播时延；

第n个阵元频域输出为：

式中，S(ω_k)为频点ω_k处信号的有限时间傅里叶变换，V_n(ω_k)为频点ω_k处第n个阵元上噪声的有限时间傅里叶变换。

对于N元阵列，阵列频域输出信号矢量具有下述形式：

x(ω_k)＝[X₁(ω_k),…,X_N(ω_k)]^T＝a(ω_k,θ)S(ω_k)+v(ω_k)

v(ω_k)＝[V₁(ω_k),…,V_N(ω_k)]^T

式中，a(ω_k,θ)为信号在频点ω_k处的导向矢量，v(ω_k)为频点ω_k处噪声矢量。

3.根据权利要求1所述的基于频域Bark子带的波束扫描方法，其特征在于：步骤2中，选取Bark滤波器的前17个频带中心频率作为感兴趣频率，第一感兴趣频率设为60Hz；除第一感兴趣频点采取向上取整，其余感兴趣频点采取向上向下取整。

4.根据权利要求3所述的基于频域Bark子带的波束扫描方法，其特征在于：步骤2中，感兴趣频点ω_k处阵列频域输出协方差矩阵R_xx(ω_k)通过如下方法估计，

选取阵列数据观测时间T₀内snap帧语音数据，每帧点数wlen，利用离散傅里叶变换将snap帧数据分别变换至wlen个频点，然后对各帧对应于相同频点的频域数据进行平均，即：

。

式中，x_p(k)为第p帧语音数据的离散傅里叶变换在频点ω_k处的值。

5.根据权利要求4所述的基于频域Bark子带的波束扫描方法，其特征在于：步骤3中，采用Capon波束形成算法，对应于频点ω_k的子带波束主瓣指向方位角θ的输出功率不变，使总输出功率最小化，则子带波束形成的权矢量按下式进行设计：

。

6.根据权利要求5所述的基于频域Bark子带的波束扫描方法，其特征在于：步骤3中，对应于频点ω_k的子带空间谱表达式为：

式中，

。

7.根据权利要求6所述的基于频域Bark子带的波束扫描方法，其特征在于：步骤4中，用K表示感兴趣频点总数，则最终平均空间谱表达式为：

。