基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及声信号处理与模式识别，尤其涉及一种基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、无人机在飞行过程中，其动力系统（包括电动机、活塞发动机、旋翼桨叶等）会产生具有特定频谱结构的声辐射信号，其声学特征存在显著差异，基于此，无人机声目标识别在低空防控、灾害预警、农业播种和空中物流等领域具有重要应用。

2、在现有声目标识别技术中，特征提取环节广泛采用固定结构的滤波器组对声信号进行谱特征提取，再将这些谱特征输入分类器完成识别。常见的滤波器组包括梅尔滤波器组（mel-filter bank）和伽马通滤波器组（gammatone filter bank）等；然而，这些滤波器组的设计基于人耳听觉特性（如对数频率尺度），并非针对特定声目标的最优设计，将其直接应用于无人机声目标识别存在以下不足：

3、不同声目标（如不同旋翼构成或者固定旋翼混合人机）的判别性信息在频域分布非均匀，某些频段对区分目标与背景噪声更为重要，某些频段对区分目标与目标更具有可分辨性，而传统固定滤波器组无法自适应地强调这些关键频段。

4、在对无人机进行声探测时，因无人机动力组成以及距离的不同（固定翼或旋翼或混合翼），其飞行时的频谱分布不同。固定翼与活塞发动机的气缸数存在谐波关系，而旋翼与叶片数量和电动机转速工作规律存在关系，混合翼为两种动力声源贡献的叠加。实际中针对无人机进行探测的场景通常是固定的，无人机的类型通常也是确定的。通过传统的梅尔三角滤波器这种固定滤波器组可以实现较为固定的声纹特征的提取，然而无人机声辐射特征以及布设环境系统效应叠加后，无人机声能量在频率上具有很强的非均匀性变化表现。需要针对特定目标设计更加自适应的特征滤波器。

5、现有滤波器组难以提取更具关键判别频段的声特征，无人机声目标识别的性能受限。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理方法、装置、设备及介质，采用如下技术方案：

2、第一方面，提供一种基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理方法，包括：

3、采集目标无人机声信号样本和背景噪声样本，并构建为训练集；

4、对训练样本进行时频分析，计算每个音频帧的功率谱及能量分布；

5、计算所有频率范围的f-ratio比率，作为衡量该频率对区分目标声与背景噪声重要性的指标；

6、根据所述f-ratio比率配置非均匀的滤波器组，使所述滤波器组的频率分辨率与f-ratio成正比；其中选择滤波器个数可配置；

7、对待识别声信号，利用所述滤波器组提取其对数非均匀谱特征，即每个滤波器输出能量的对数。

8、第二方面，提供一种基于频率重要性特征滤波器的无人机声识别方法，将如第一方面所述的对数非均匀谱特征输入预设的识别分类器进行声目标识别，以至少判断无人机与非无人机，和/或获得无人机型号信息。

9、第三方面，提供一种基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理装置，包括：

10、数据采集模块，用于采集目标无人机声信号样本和背景噪声样本，并构建为训练集；

11、时频分析模块，用于对训练样本进行时频分析，计算每个音频帧的功率谱及能量分布；

12、频率重要性评估模块，用于计算所有频率范围的f-ratio比率，作为衡量该频率对区分目标声与背景噪声重要性的指标；

13、滤波器组设计模块，用于根据所述f-ratio比率配置非均匀的滤波器组，使所述滤波器组的频率分辨率与f-ratio成正比；其中选择滤波器个数可配置；

14、特征提取模块，用于对待识别声信号，利用所述滤波器组提取其对数非均匀谱特征，即每个滤波器输出能量的对数。

15、第四方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。

16、第五方面，提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。

17、本申请具有以下有益效果：

18、本申请提出采用f-ratio统计计算目标数据的频率重要性，以此作为特征提取滤波器设计的关键参数；f-ratio比率的估计能够直观了解哪些频段对识别起关键作用，有助于理解目标声信号的物理特性。通过f-ratio比值量化频率重要性，设计的滤波器组能够突出对声目标识别最具判别力的频段，相比固定滤波器组（如梅尔滤波器组）更能捕捉目标信号的细微特征。滤波器组的设计完全基于训练数据，无需人工设定频带划分，适用于不同声目标（如无人机、工业机器、特定设备）的定制化特征提取以及特征集数据更新。通过选择滤波器个数，可平衡特征维度和计算复杂度，实现特征维度可控。同时可以解决声识别特征固有滤波器无法适应目标频率特性的问题。

1.一种基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理方法，其特征在于，

5.一种基于频率重要性特征滤波器的无人机声识别方法，其特征在于，包括：

6.一种基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理装置，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理装置，其特征在于，

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理方法的步骤。

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述基于频率重要性特征滤波器的无人机声处理方法的步骤。