基于支持向量机可控功率响应的MUSIC-DOA估计方法

针对MUSIC归一化算法在低信噪比时波达方位(DOA)估计性能下降的问题,提出了基于支持向量机(SVM)可控功率响应的MUSIC-DOA算法。该算法首先对宽带信号进行快速傅里叶变换,然后用MUSIC算法进行DOA估计,最后通过SVM对每个子带信号的DOA估计结果进行分类,选择分类后DOA估计结果较为准确的子带信号进行融合,得到宽带信号的DOA估计。该文方法有效解决了MUSIC归一化算法在低信噪比时定位精度不高的问题,提高了定位系统的稳定性。

基于子带可控响应功率的多声源定位方法

为了提高多个说话人情况下麦克风阵列的定位性能,提出基于子带可控响应功率的多声源定位算法。该算法将语音信号频域分为7个子带,在每个子带计算相位变换加权的可控响应功率函数,在声源空间搜索其最大值得到声源位置的初始估计。根据语音信号频率的稀疏性,这些初始估计包含多个声源的位置,运用会聚聚类算法得到最终的声源位置估计。仿真和实验表明,在有2个说话人,10 dB信噪比,较强混响的条件下,该算法比传统算法的定位正确率提高了约4%,额外率降低了约7%。

基于多重信号分类与可控响应功率的变压器局部放电故障定位方法

提出一种基于多重信号分类算法(multiple signal classification, MUSIC)和可控响应功率(steered power response, SRP)声源定位算法的变压器局部放电故障定位方法。首先利用MUSIC算法对变压器内高低压绕组匝间局部放电进行测向,测向结果考虑误差范围可有效缩小SRP算法的搜索空间。然后利用SRP算法在缩小后的搜索空间内对局部放电进行定位,SRP算法的定位精度随搜索空间的缩小有显著提高。在此基础上,应用研制的光纤超声传感器阵列,对变压器高低压绕组匝间局部放电进行的定位仿真和实验结果表明,相较于SRP算法,MUSIC-SRP算法的定位精度有极大提高,验证了该方法的有效性。

基于改进可控响应功率算法的混合定位算法

针对相位变换加权可控响应功率算法(SRP-PHAT)在噪声和混响增大时定位性能下降以及运算量大的问题,提出了一种基于改进可控响应功率算法的混合定位算法。首先利用五元十字形阵进行几何定位,得到粗略的定位结果,然后利用引入基于倒谱预滤波的二次互相关算法改进后的可控响应功率算法,在此定位结果的基础上进行精确的二次定位,通过双步定位提高其定位速度。仿真结果表明:混合定位算法在抗混响和抗噪声的能力上要优于几何定位算法和SRPPHAT算法,并且提高了可控响应功率算法的定位速度。

基于贝塞尔平滑的改进SRP声源定位算法

为增强可控响应功率(Steered Response Power,SRP)声源定位算法的抗噪性能,提出了一种基于贝塞尔平滑(Bezier Smoothing,BS)的改进SRP声源定位算法。所提算法结合多帧短时长、等间隔的阵列声音数据,对各组阵元对的互功率谱进行贝塞尔曲线拟合以减少随机噪声干扰,并根据各频点复数域内随时间变化的程度调整其在互功率谱中的权重,突出稳定信号的SRP占比。低信噪比条件下,与传统SRP算法相比,所提算法的定位角度的均方根误差在仿真测试中降低了39.7%。仿真与实验结果表明,相较传统SRP算法,所提算法提高了对随机噪声的鲁棒性。

改进的四元声阵列云爆引信炸点定位方法

针对云爆弹(FAE)引信炸点位置监测易受燃料云团干扰的问题,提出一种改进可控响应功率相位变换法(SRP-PHAT)的云爆引信炸点定位方法。通过建立四元声阵列定位模型,进行目标声源与声阵列的方位和时延计算,进而融合四元声阵列各节点数据得到的炸点坐标。仿真结果表明,提出的改进SRP-PHAT方法相比SRP、SRP-PHAT定位方法有效提高了定位测向和抗干扰能力。结合云爆引信动态炸点声源定位试验,结果表明60 m处的炸点定位精度达到1 m左右,相比SRP-PHAT的静态定位,该方法具备动态定位能力并且定位精度提高了15%,对云爆引信在云团干扰下的炸点定位提供了技术支撑。

基于声成像技术的GIS击穿放电点定位方法

针对常规检测方法在气体绝缘组合电器击穿点定位的局限性,采用基于波束形成的声成像技术对GIS击穿放电点进行定位。通过研究可控响应功率的波束形成技术,利用互相关函数进行延时估计,并结合相位加权算法进行滤波处理,从而得到了一种具有更强抗噪性和抗混响能力的击穿点定位方法。实验结果表明,所提方法对GIS击穿点的综合定位误差约为4.79%,具有更高的鲁棒性。在放电点位置和传感器位置发生变化的情况下,该方法的平均定位误差约为4.57%,定位精度高于95%。

基于GCC-PHAT的改进近场声源定位算法

结合GCC-PHAT与SRP搜索的算法被广泛应用于声源定位系统,但其定位结果随信噪比降低而恶化严重,且难以估计窄带声源。针对这些问题,提出一种用于近场模型的改进算法。首先计算阵列信号求和功率谱的峰均比,再经对数变换和设置噪声抑制阈值等步骤,得到反映频点信噪比的加权因子,将其应用在GCC-PHAT中,并进一步优化SRP搜索策略。大量仿真结果表明:改进的算法具有强的抗噪能力,且对宽带和窄带声源信号均有良好的估计效果,很适合实时处理。

基于环形阵列的近场多声源波达方向跟踪

针对基于可控功率响应的多声源跟踪算法的定位复杂度高,且弱声源易受强声源影响而造成无法跟踪的问题,提出了一种利用环形阵列的近场多声源波达方向跟踪方法。首先利用语音信号在时—频域的稀疏性和声源间的屏蔽效应定义了信号的相关性,并利用相关性检测主声源较强的帧,其次利用环形阵列结合SRP方法获取单帧主声源的方位角,然后集合多帧的数据从方位角的统计直方图中分析出当前声源的数目和所在方位。仿真实验结果表明,该方法对声源数目估计的准确率为92%,且具有较高的方位角跟踪精度,其误差小于1.5°,因此可有效应用于近场环境中声源数目和方位的跟踪中。

针对头佩式麦克风阵列的声源定位算法研究

头佩式麦克风阵列在单兵便携反狙击声探测定位系统和机器人声定位系统中具有实际的应用价值。一般的声源定位方法是基于无遮挡的线性或非线性麦克风阵列。采用头佩式麦克风阵列,考虑到背向声源麦克风的低频声波由于头盔遮挡而发生的衍射作用,针对低频波段的声音信号进行定位算法的设计和研究。该算法利用低频声波的绕射路径计算时延,采用联合可控功率响应(SRP-PHAT)框架进行时延补偿搜索定位。实验表明,相比于普通的无遮挡定位算法,基于绕射路径的头佩式麦克风阵列定位方法通过综合利用背向声源的麦克风数据,明显地提高了定位的精度,这种精度的提升在选择1 k Hz以内的信号频率窗口时达到最佳效果。

基于SRP和GA的声源定位方法

目前在枪声的定位系统中,大多采用到达时间差(DTOA)的方法对声源方向进行估计,这种方法没有用到阵列整体的优势,缺乏稳健性。而基于可控响应功率(SRP)的波束形成技术,具有较强的稳健性、抗噪性,以及具有一定的空域滤波性能,能够提高信号的信噪比,增加探测距离。在确定声源位置时,一般采用最优化算法,最小二乘法容易陷入局部极值点,而基于自然选择法则的遗传算法(GA)模拟生物进化过程,具有并行计算的特点,是一种全局搜索算法,能够得到全局最优解。将基于可控响应功率的波束形成技术和遗传法算法应用于枪声定位系统中,并通过实际的试验数据对此方法进行了验证,从结果来看具有较高的精度。

一种改进的联合SRP-PHAT语音定位算法

提出了一种基于正交直线麦克风阵列的分级搜索SRP-PHAT(可控响应功率-相位加权)语音定位算法.利用正交直线麦克风阵列将二维搜索空间缩减为2个一维空间以减少计算量,并联合使用四叉树由粗到细的分级搜索(hierarchical search)策略分别在一维空间中搜索声源位置.通过Matlab对联合算法进行了仿真,实现了声源定位,并与传统的全搜索SRP-PHAT算法和改进前的基于正交直线麦克风阵列的加速SRP-PHAT算法进行比较分析.实验与仿真结果显示:该联合算法大大减少了计算量和定位时间,能准确定位声源位置.

基于混沌人工蜂群优化的声源定位算法

针对传统可控响应功率和相位变换(SRP-PHAT)的声源定位算法计算量大、实时性差等问题,提出了一种基于混沌人工蜂群优化的SRP-PHAT声源定位算法。该算法将阵列的波束输出功率作为目标代价函数,建立声源定位数学模型,利用混沌的全局覆盖性和人工蜂群算法的收敛速度快、鲁棒性强等特点,实现了声源的三维精确定位。实验结果表明,该算法计算量小、定位精度高,能满足实际系统的定位需求。

声源定位中波达角一致性检测方法

针对混响条件下声源定位的帧选取策略问题,提出了一种波达角一致性检测方法。该方法充分利用了传声器阵列的空域信息和每个传声器的时频域信息,能够检测出受混响影响较小的信号帧,进而提高声源定位算法的性能。实验结果表明,在一般会议室场景(混响时间大于300 m s)下,与传统基于信噪比和能量的帧选取方法相比,该方法在抗混响方面具有优势。

基于检测前跟踪的声源跟踪算法

针对低信噪比、强混响环境中声源跟踪误差较大的问题,提出一种基于检测前跟踪的声源跟踪算法。该算法将一种改进的可控响应功率函数作为定位函数,通过计算粒子所在矩形区域的可控响应功率值,改进的可控响应功率函数可以得到更加顽健的声源位置估计;同时,将检测前跟踪技术应用于跟踪算法中,可以免于重复计算处于同一区域的量测值,从而在保证跟踪精度的前提下大幅减少跟踪算法的运算量。经仿真实验验证,改进算法在低信噪比、强混响的环境中能够得到比传统跟踪算法更精确的跟踪结果。

SRP-PHAT的改进算法综述

最大可控响应功率波束形成法(SRP-PHAT)是当前传声器阵列声源定位主流方法之一。针对该算法计算量庞大,不能进行实时声源定位的问题,对基于随机搜索的空间收缩快速算法(SRC)、由粗到精空间收缩快速算法(CFRC)、随机粒子滤波快速算法(SPF)等进行了分析、比较,总结了当前SRP-PHAT的改进方法。

基于图像处理器的传声器阵列实时声成像方法

为了解决传声器阵列用于声场分析时的精确且快速声成像的技术难题,提出了一种利用图像处理器(Graphics Processing Unit,GPU)的通用计算技术实现快速声成像算法。可控响应功率算法是广泛应用的一种声源定位算法,但计算量巨大,阻碍了它在实际场合中的应用。通过将可控响应功率算法进行任务分解及线程映射,实现了利用计算统一设备架构实现的基于GPU的可控响应功率声源成像定位算法,在特定阵元通道数和信号长度情况下,与基于CPU的声源定位计算方法相比,综合计算效率提高了约20倍,并将其成功地应用于平面螺旋阵的声成像应用中,实现了实时声成像定位。

利用多点互相关值均值的实时声源定位算法

基于可控响应功率的麦克风阵列声源定位算法在噪声和混响环境中具有较好的鲁棒性,但是利用网格搜索方法寻找可控响应功率的最大值计算复杂度很高.故提出一种新的实时声源定位算法,使用网格中多互相关值均值代替单点的可控响应功率值作为代价函数,通过多级区域收缩方法实现了代价函数最大值的空间搜索,并给出一种不显著增加计算量的互相关值求和范围的计算方式.由于利用了网格中更多的空间采样信息,因此可以使用更大尺度的搜索网格,从而降低了整个搜索过程的计算复杂度.

基于EFPI光纤超声传感器的油中局部放电定位

非本征法布里帕罗干涉(extrinsic fabry-perot interferometric,EFPI)的光纤超声传感器灵敏度高,不受电磁干扰的影响,文中将其应用于油中局部放电定位。首先设计了2×2的EFPI超声传感器阵列,可放置在油中检测局放超声波信号;然后根据可控响应功率(steered response power,SRP)声源定位理论对局放源进行定位;最后应用SRP和多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法处理实验信号并进行对比。结果表明文中设计的EFPI传感器阵列能够在油中检测到信噪比较高的局部放电信号;SRP算法测向误差小于MUSIC算法,能够根据单次测量实现定位,但定位精度有待进一步提高。文中提出的方法对于EFPI光纤超声传感器在电气设备局部放电定位方面的实际应用具有参考意义。

基于频率信噪比加权的麦克风阵列声源定位算法

为了提高噪声和混响环境下麦克风阵列的声源定位算法性能,提出了一种基于频率信噪比加权的可控响应功率定位算法。该算法首先根据每帧阵列信号的频域协方差矩阵估计每个频率的信噪比;然后通过激活函数将频率信噪比映射为加权值,并修正传统的相位变换可控响应功率计算公式;最后利用修正公式计算每个候选位置的可控响应功率值,通过搜索可控响应功率的最大值实现声源定位。该算法无需噪声先验信息,根据实时估计的频率信噪比自适应地调整各频率分量对可控响应功率的贡献。仿真环境和实际环境测试结果表明,与传统的相位变换可控响应功率算法、维纳预滤波波束形成算法相比,在噪声和混响的复杂声学环境下,本文算法的定位正确率更高,均方根误差更小,对噪声的鲁棒性更强。