一种基于S变换的未知声源个数DOA估计方法与流程

技术特征：
1.一种基于s变换的未知声源个数doa估计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在声场中，布置一个均匀线性排布的麦克风阵列，使用数据采集器同步采集一段语音信号，获得阵列接收信号；2)根据阵列接收信号的有效频段设置s变换参数后对信号做s变换，获得s变换结果；3)根据步骤2)得到的s变换结果构建s变换下的时频阵列数据模型，得到时频域导向向量；4)根据步骤3)得到的时频阵列数据模型对s变换结果做相关运算，得到阵列信号的自相关谱协方差矩阵；5)根据步骤3)中的时频域导向向量与步骤4)获得的阵列信号的自相关谱协方差矩阵构建噪声条件下的目标波达方向估计；6)求解步骤5)获得的目标波达方向估计最小化函数，获得空间谱估计结果；7)设置搜索范围和搜索步进，通过谱搜索获得所有谱峰所在的位置，得到doa的最大估计值。2.根据权利要求1所述的一种基于s变换的未知声源个数doa估计方法，其特征在于，步骤2)中对阵列接收信号做s变换，获得s变换结果，s变换步骤为：首先定义阵列中第m个阵元的接收信号为：p为信号源个数，s
p
(t)为p个宽带信号源的入射信号，τ
mp
是第p个信号到达第m个阵元产生的时延，n
m
(t)是第m个阵元的加性高斯白噪声；对信号x
m
(t)做s变换，变换结果st
m
可表示为：τ为时间因子，f
i
(i＝1,2,
…
,i)为频率分量，将上式写成傅里叶频谱形式为：,i)为频率分量，将上式写成傅里叶频谱形式为：为信号分量，为噪声分量。3.根据权利要求2所述的一种基于s变换的未知声源个数doa估计方法，其特征在于，步骤3)中构建s变换下的时频阵列数据模型，得到时频域导向向量的计算步骤为：假设s变换频窗中心频率和频宽满足窄带信号条件，m个阵元接收信号的时频阵列信号模型表示为：模型表示为：为信号s
p
(t),p＝1,2,
…
,p的s变换结果向量；为噪声向量；
h(θ,f
i
)＝[h(θ1,f
i
),h(θ2,f
i
),
…
,h(θ
p
,f
i
)]为m
×
p维阵列方向矩阵；阵列模型数据的导向矢量表示为：h(θ
p
,f
i
)＝[1,exp(-j2πf
i
τ
1p
),
…
,exp(-j2πf
i
τ
(m-1)p
)]
t
。4.根据权利要求3所述的一种基于s变换的未知声源个数doa估计方法，其特征在于，步骤4)中对s变换结果做相关运算，得到阵列信号的自相关谱协方差矩阵计算步骤为：根据经典多重信号分类算法原理，计算st(τ,f
i
)的协方差矩阵为：r
x
(τ,f
i
)为x
fi
(τ)的协方差矩阵，为变换后的噪声方差，σ
i
为矩阵奇异值；由于实际情况下接收数据是有限长的，则数据协方差矩阵的最大似然估计表示为：5.根据权利要求4所述的一种基于s变换的未知声源个数doa估计方法，其特征在于，步骤5)中根据时频域导向向量与阵列信号的自相关谱协方差矩阵构建噪声条件下的目标波达方向估计，步骤为：对于第n(n＝1,2,,p)个信号源，定义矢量b
n
(f)满足不考虑噪声项，存在：其中d
n
(f)＝r
xn
(f)h
h
(θ
n
,f)b
n
(f)；在噪声条件下，目标波达方向估计即最小化函数表示为其中d(f)需满足6.根据权利要求5所述的一种基于s变换的未知声源个数doa估计方法，其特征在于，步骤6)中求解目标波达方向估计最小化函数，获得空间谱估计结果为：s变换取为时间连续段处理结果，将基于s变换的数据协方差结果代入，谱估计公式为：

技术总结
本发明涉及一种基于S变换的未知声源个数DOA估计方法。该方法通过对语音信号做S变换，建立一种与传统阵列模型形式具有一致性的时频域阵列信号模型，它引入多分辨分析，具有小波变换的自适应时频窗又脱离了小波变换容许性条件的限制等优点；然后根据频率段不同时刻的功率谱矩阵呈联合对角化结构特点，将模型应用于传统方法得到一种新的空间谱，该空间谱基于S变换结果，克服了传统MUSIC需要预设信号源个数的问题，具有较好的DOA估计精度。具有较好的DOA估计精度。具有较好的DOA估计精度。


技术研发人员：钟舜聪 黎昕婷 钟剑锋 许令鸿 吴生源 谢宇昆
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：2021.10.15
技术公布日：2022/1/14