基于麦克风阵列的波束形成方法以及对应的装置
阅读：866发布：2020-05-15
专利汇可以提供基于麦克风阵列的波束形成方法以及对应的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且各个 实施例 涉及基于麦克 风 阵列的波束形成方法以及对应的装置。该波束形成方法采用以关于参考点的一个或多个阵列布置的多个麦克风。该方法包括从麦克风获得麦克风 信号 并且组合麦克风信号以获得虚拟麦克风，组合麦克风信号以获得一对 指向性 虚拟麦克风，这一对指向性虚拟麦克风具有确定相应 辐射 图的相应信号并且以不同的图案方向 角 被旋转，相应辐射图具有对应于参考点的相同的原点，在图案之间限定分离角，获得具有总和辐射图的总和虚拟麦克风的总和辐射信号，将相应权重与这一对指向性虚拟麦克风的信号相关联，获得辐射的相应加权信号并且对加权信号求和，根据这一对指向性虚拟麦克风的辐射图的所确定的图案方向角并且根据分离角来计算相应权重。，下面是基于麦克风阵列的波束形成方法以及对应的装置专利的具体信息内容。
1.一种波束成形方法，采用以关于参考点的一个或多个阵列布置的多个麦克风，所述方法包括：
获得由所述多个麦克风发出的麦克风信号并且组合所述麦克风信号以获得虚拟麦克风；
组合所述麦克风信号以获得至少一对指向性虚拟麦克风，所述至少一对指向性虚拟麦克风具有确定相应辐射图的相应信号并且以不同的图案方向角被旋转，所述相应辐射图具有对应于所述阵列的参考点的相同的原点，在所述图案之间限定分离角使得在所述不同的图案方向角之间限定至少一个圆形扇区，所述至少一对虚拟麦克风之间的所述分离角小于π/2；以及
获得相应总和辐射图相关联的总和虚拟麦克风的总和辐射信号，将相应权重与所述一对指向性虚拟麦克风的信号相关联，获得辐射的相应加权信号并且对所述加权信号求和，根据所述一对指向性虚拟麦克风的辐射图(ΓV1，ΓV2)的所确定的图案方向角并且根据所述分离角来计算所述相应权重，使得所述总和辐射图的主瓣在所述圆形扇区内被控向以指向所确定的图案方向角的方向。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述阵列布置为微分麦克风阵列。
3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述阵列布置为微分麦克风阵列包括将所述微分麦克风阵列布置为均匀线性阵列或均匀圆形阵列。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括在所述圆形扇区中对所述总和辐射图的所述图案方向角控向以获得声源位置估计；以及
通过选择使得所述总和虚拟麦克风的信号的功率最大化的方向来获得所述声源位置估计。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：在组合所述麦克风信号以获得虚拟麦克风之后，
对所述虚拟麦克风的信号的功率排序，
基于所述排序来选择由两个相邻的虚拟麦克风限定的主圆形扇区，以及在所选择的主圆形扇区中执行所述总和虚拟麦克风的方向角的连续控向以找到所述声源位置估计。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述虚拟麦克风的功率信号的所述排序包括从使得功率最大化的虚拟麦克风(Vk)开始根据所述虚拟麦克风的功率来获得排序列表；以及其中选择所述主圆形扇区包括：选择与所述麦克风相邻的虚拟麦克风中使得所述功率最大化的所述虚拟麦克风，选择与所述最大功率相关联的虚拟麦克风，将所述主圆形扇区限定为被包括在使得所述功率最大化的所述虚拟麦克风与所述相邻麦克风之间的扇区。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括计算所述功率作为在给定数目的样本的给定时间帧上测量的所述虚拟麦克风的信号的Teager能量。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在所选择的主圆形扇区中执行所述总和虚拟麦克风的方向角的连续控向以找到所述声源位置估计包括：
评估期望方向上的总和图案的信号的功率，
然后评估所评估的功率是否为所述主圆形扇区中的最大能量，
在否定的情况下，通过修改所述权重以控向所述总和图案的所述操作来选择新的期望方向。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述方法还包括评估所述信号的功率并且迭代地评估所评估的功率是否为最大功率，迭代次数由可选择的分辨率参数来控制。
10.一种波束成形装置，包括：
以一个或多个阵列布置的多个麦克风，每个麦克风被配置成生成麦克风信号；
处理模块，被配置成从所述多个麦克风接收所述麦克风信号并且组合所述麦克风信号以获得虚拟麦克风(V1…VN)，其中所述模块还被配置成：
组合所述麦克风信号以获得至少一对指向性虚拟麦克风，所述一对指向性虚拟麦克风具有相应辐射图并且以不同的图案方向角被旋转，所述相应辐射图具有对应于所述阵列的参考点的相同的原点，在所述图案之间限定分离角使得在所述不同的图案方向角之间限定至少一个圆形扇区，所述至少一对虚拟麦克风之间的所述分离角小于π/2；以及获得相应总和辐射图相关联的总和虚拟麦克风的总和辐射信号，将相应权重与所述一对指向性虚拟麦克风的信号相关联，获得辐射的相应加权信号并且对所述加权信号求和，根据所述一对指向性虚拟麦克风的辐射图的所确定的图案方向角并且根据所述分离角来计算所述相应权重，使得所述总和辐射图的主瓣在所述圆形扇区内被控向以指向所确定的图案方向角的方向。
11.根据权利要求10所述的波束成形装置，其中所述处理模块被包括在源定位装置中，所述源定位装置被配置成：
在所述圆形扇区中对所述总和辐射图的所述图案方向角控向以获得声源位置估计；以及
获得所述声源位置估计并且选择使得所述总和虚拟麦克风的信号的功率最大化的方向。
12.根据权利要求11所述的波束成形装置，其中所述源定位装置还被配置成在所述装置组合所述麦克风信号(x1…xM)以获得虚拟麦克风(V1…VN)之后：
对所述虚拟麦克风的信号的功率排序，
基于所述排序结果来选择由两个相邻的虚拟麦克风限定的主圆形扇区，以及在所选择的主圆形扇区中执行所述总和虚拟麦克风的方向角的连续控向以找到所述声源位置估计。
13.根据权利要求11所述的波束成形装置，其中所述阵列包括微分麦克风阵列。
14.根据权利要求13所述的波束成形装置，其中所述微分麦克风阵列包括均匀线性阵列和均匀圆形阵列中的一项。
15.根据权利要求14所述的波束成形装置，其中所述处理模块还被配置成在所述圆形扇区中对所述总和辐射图的所述图案方向角控向以获得声源位置估计；以及选择使得所述总和虚拟麦克风的信号的功率最大化的方向以获得所述声源位置估计。
16.根据权利要求15所述的波束成形装置，其中所述处理模块还被配置成：
对所述虚拟麦克风的信号的功率排序，
基于所述排序来选择由两个相邻的虚拟麦克风限定的主圆形扇区，以及在所选择的主圆形扇区中执行所述总和虚拟麦克风的方向角的连续控向以找到所述声源位置估计。
17.根据权利要求16所述的波束成形装置，其中所述处理模块还被配置成：
从使得功率最大化的虚拟麦克风(Vk)开始根据所述虚拟麦克风的功率来获得排序列表；
选择使得功率最大化的所述虚拟麦克风；以及
从与所述麦克风相邻的虚拟麦克风中选择与所述最大功率相关联的虚拟麦克风，以将所述主圆形扇区限定为被包括在使得所述功率最大化的所述虚拟麦克风与所述相邻麦克风之间的扇区。
18.根据权利要求17所述的波束成形装置，其中所述处理模块还被配置成确定所述功率作为在给定数目的样本的给定时间帧上测量的所述虚拟麦克风的信号的Teager能量。
19.根据权利要求10所述的波束成形装置，其中所述处理模块包括数字信号处理器。
20.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品能够被加载到至少一个计算机的存储器中并且包括软件代码部分，所述软件代码部分适合用于当所述程序在所述至少一个计算机上运行时执行方法，所述方法包括：
从包括多个麦克风的麦克风阵列接收麦克风信号；
组合所述麦克风信号以形成一对指向性虚拟麦克风，所述一对指向性虚拟麦克风具有确定相应辐射图的相应信号并且以不同的图案方向角被旋转，所述相应辐射图具有对应于所述阵列的参考点的相同的原点；
在所述图案之间限定分离角使得在不同的图案方向角之间限定至少一个圆形扇区，所述至少一对虚拟麦克风之间的所述分离角小于π/2；以及
确定具有相关联的总和辐射图的总和虚拟麦克风的总和辐射信号；
将相应权重与所述一对指向性虚拟麦克风的信号相关联；
确定辐射的相应加权信号并且对所述加权信号求和；
根据所述一对指向性虚拟麦克风的辐射图的所确定的图案方向角并且根据所述分离角来计算所述相应权重，使得所述总和辐射图的主瓣在所述圆形扇区内被控向以指向所确定的图案方向角的方向。
基于麦克风阵列的波束形成方法以及对应的装置
技术领域
背景技术
[0002] 众所周知，使用麦克风阵列来执行声源定位，即，在给定声场的测量的情况下定位声源，这些给定测量尤其是由这样的麦克风来获得。
[0004] 因此，虚拟麦克风(VMIC)是由被布置为特定空间几何形状的麦克风阵列感测的信号的滤波版本的组合。
[0005] 虚拟麦克风可以使用被组织成虚拟阵列的其他虚拟麦克风的组合以递归方式来获得。因此，通常，虚拟麦克风的特征在于具有大于等于1的数目L个层的分层虚拟结构：第一层组合物理麦克风信号，生成虚拟麦克风阵列，并且任何更高层组合虚拟麦克风信号，形成另外的虚拟麦克风阵列。
[0006] 关于虚拟麦克风位置，考虑虚拟或物理麦克风阵列，关于物理空间中的固定参考点而通过几何描述该阵列：由该阵列的麦克风信号的组合产生的虚拟麦克风实质上被定位在阵列的相同固定参考点中。
[0008] N阶频率无关麦克风指向性图案Γ(θ)定义为：
[0009] Γ(θ)＝a0+a1cos(θ)+a2cos2(θ)+...+aNcosN(θ)
[0010] θ是极角，0<θ≤2π，并且a0,…,aN是图案的系数。
[0011] 如下设置这样的系数是方便的：
[0012] a0＝1-a1-a2-...-aN
[0013] 使得能够获得指向性图案：
[0014]
[0015] 在下文中，以N阶的极性图为特征的虚拟麦克风将被称为N阶虚拟麦克风。
[0016] 指向性虚拟麦克风是已知的。已知的DSP技术允许从(物理)全向麦克风阵列开始构建任何阶指向性虚拟麦克风。两种广泛的类型的这样的DSP技术被称为：
[0017] 滤波和求和技术；
[0018] 微分麦克风阵列技术。
[0019] 微分麦克风阵列(DMA)通过将阵列的延迟的麦克风信号彼此相减来构建。
[0020] 根据公知的设计原理，可以调节延迟以便获得具有期望的极性图形状的虚拟麦克风。
[0021] 具有均匀几何形状的两种最广泛的DMA是：
[0022] -均匀线性阵列(ULA)；以及
[0023] -均匀圆形阵列(UCA)。
[0024] 还讨论了具有非均匀几何形状的线性DMA。
[0025] 在图1中示意性地示出的一阶微分ULA中，阵列11由两个物理全向麦克风M1、M2构成，其提供关于彼此定位在距离d处的一对麦克风信号(m-d/2，md/2)。阵列的参考点O放置在z-y笛卡尔图的原点处。压力幅度为P0并且频率为ω的声波在这样的阵列的方向上沿着传播矢量k传播。用θ表示方向角，即，传播矢量k与麦克风阵列的水平轴z之间的角度。在延迟模块12中向两个信号之一施加延迟τ之后，在减法节点13中将这一对麦克风信号(m-d/2，m+d/2)相减。通过改变τ，设计者可以调节所得到的极性图形状。
[0026] 延迟模块12和减法节点13识别虚拟麦克风15结构，其将一对麦克风信号(m-d/2，md/2)作为输入并且将一阶虚拟麦克风作为输出，从而生成虚拟麦克风信号V(t)，特别地，所得到的一阶虚拟麦克风信号V1(t)在此表示为：
[0027] V1(t)＝m+d/2(t-τ)-m-d/2(t)
[0028] 在虚拟麦克风结构15的输出处提供滤波器14Hc(ω)以对虚拟麦克风信号V1(t)进行操作，滤波器14Hc(ω)为校正滤波器(即，低通滤波器)，其被施加给虚拟麦克风信号V1(t)以便补偿信号减法的频率相关效应。
[0029] 麦克风阵列11之间的距离d必须关于信号的波长足够小，使得其可以被认为是可忽略的。
[0030] 极性图的形状在宽的频率范围上几乎是恒定的。
[0031] 极性图系数a1通过以下公式与延迟τ相关：
[0032]
[0033] 其中cs是声速。
[0034] 在图2中，示出了作为结果产生二阶虚拟麦克风的结构。可以看出，具有一对麦克风的一阶虚拟麦克风的图1的结构被复制，这些信号被发送给微分模块。三个麦克风M1、M2、M3定义在L1级具有两个一阶虚拟麦克风151的两对麦克风，包括延迟和微分模块，类似于图1，而在L2级，另外的相应虚拟麦克风152操作相同的延迟和微分操作，收集这样的一阶虚拟麦克风151的输出，然而延迟值也可以不同。如图1所示，该链以滤波器14结束。如上所述，与L1级的延迟模块相关联的第一延迟τ1和与L2级的延迟模块相关联的第二延迟τ2可以由设计者调节以便获得具有任意指向性极性图的二阶虚拟麦克风。
[0035] 设置极性图系数a1＝η1+η2-2η1η2和a2＝η1η2，对于延迟得到：
[0036]
[0037] 以及
[0038]
[0039] 在图3中，示出了来自包括四个麦克风M1、M2、M3、M4的麦克风阵列11的三阶虚拟麦克风结构153，其特征在于三级L1、L2、L3分级虚拟结构。
[0040] 参考图4，替代地，也可以利用最近开发的另一类微分均匀圆形阵列(UCA)来导出N阶虚拟麦克风。UCA的特征在于图4中所示的空间几何形状，其中麦克风M1、M2...Mm...MM(其中M是麦克风的数目)在由角度ψm标识的位置处在圆周上被均匀地位移，限定阵列21。特别地，在图4中，ψm表示对应于一般的第m个麦克风Mm的角度。为了更好地理解UCA，在此引用书籍“Design of Circular Differential Microphone Arrays”Benesty，Jacob，Jingdong，Chen，Cohen，Israel，Springer Verlag，2015。
[0041] 这里强调的是，用N表示通过M个物理麦克风获得的虚拟麦克风的数目，利用UCA可获得的最大极性图阶是Nmax＝M/2，这表示，在M＝2或M＝3个麦克风的情况下，可以得到高达一阶虚拟麦克风；在M＝4或M＝5个麦克风的情况下，可以得到高达二阶虚拟麦克风；在M＝6或M＝7个麦克风的情况下，可以得到高达三阶虚拟麦克风；等等。
[0042] 麦克风的数目M越高，DMA阵列越鲁棒。可以在由角度ψm标识的所有M个方向上进行控向。
[0043] 虚拟麦克风极性图总是关于z轴具有对称的形状。如果期望在指向性图案下只有一个主瓣，则对于ULA阵列，其必须仅瞄准0度或180度。
[0044] 使用微分UCA阵列获得的虚拟麦克风的极性图也是关于轴对称的，因为在推导中总是应用对称约束。
[0045] 对称轴可以是连接阵列的中心和M个麦克风的M条直线中的任何一条。通常，无法设计这样的虚拟麦克风极性图，其中主瓣瞄准与M个麦克风中的每个麦克风被设置的角度ψm不同的方向，其中1≤m≤M。如以上提及的Benesty等人的出版物中所述，对UCA应用超指向性波束成形并且去除对称约束，可以设计瞄准任意方向的虚拟麦克风，但是所得到的极性图的形状强烈地依赖于主瓣方向。所有这些考虑适用于二维阵列。
[0046] 虽然具有在任意方向上可控向的虚拟麦克风的基于任意阶微分麦克风阵列(DMA)的系统出于定位目的是非常期望的，然而使用已知的DMA，使用特征在于具有彼此可比的形状的极性图的任意阶虚拟麦克风在任意方向上控向是不可能的，所以连续控向是不可行的。使用任何阶的相同极性图进行控向仅对于离散的方向集合是可能的：
[0047] –对于ULA，0度和180度；以及
[0048] -对于UCA，角度ψm，其中1≤m≤M。发明内容
[0049] 各种实施例涉及波束成形装置，并且同样涉及可以被加载到至少一个计算机(例如，网络中的终端)的存储器中并且包括软件代码部分的计算机程序产品，软件代码部分适于当程序在至少一个计算机上运行时执行方法的步骤。如本文中所使用的，上述计算机程序产品被理解为等同于包含用于控制计算机系统以便协调根据本公开的实施例的方法的执行的指令的计算机可读介质。提及“至少一个计算机”意在突出以模块化和/或分布式形式实现本公开的实施例的可能性。
[0050] 在各种实施例中，一种波束形成方法采用以关于参考点的阵列布置的多个麦克风，方法包括：
[0051] 获得由所述多个麦克风发出的麦克风信号，并且组合所述麦克风信号以获得虚拟麦克风，
[0052] 组合所述麦克风信号以获得至少一对指向性虚拟麦克风，其具有确定相应辐射图的相应信号并且以不同的图案方向角被旋转，相应辐射图具有对应于阵列的参考点的相同的原点，在它们之间限定分离角使得在所述不同的图案方向角之间限定至少一个圆形扇区，至少一对虚拟麦克风之间的所述分离角小于π/2；以及
[0053] 获得相应总和辐射图相关联的总和虚拟麦克风的信号，将相应权重与所述一对指向性虚拟麦克风的信号相关联，获得相应加权信号并且对所述加权信号求和，根据所述一对指向性虚拟麦克风的辐射图的所确定的图案方向角并且根据分离角来计算所述相应权重计算，使得总和辐射图的主瓣在所述圆形扇区内被控向以指向所述确定的图案方向角的方向。
[0054] 在各种实施例中，该方法还包括将所述阵列布置为微分麦克风阵列，特别是均匀线性阵列或均匀圆形阵列。
[0055] 在各种实施例中，所描述的方法还包括在所述圆形扇区中对所述总和辐射图的图案方向角控向以获得声源位置估计，以及
[0056] 通过选择使得所述总和虚拟麦克风的信号的功率最大化的方向来获得所述声源位置估计。
[0057] 在各种实施例中，方法还包括在组合所述麦克风信号以获得虚拟麦克风之后，对所述虚拟麦克风的信号的功率排序，基于所述排序结果来选择由两个相邻的虚拟麦克风限定的主圆形扇区，在所述所选择的主圆形扇区中执行所述总和虚拟麦克风的方向角的连续控向以找到所述声源位置估计。
[0058] 在各种实施例中，方法还包括：所述排序包括从使得功率最大化的虚拟麦克风开始根据虚拟麦克风的功率来获得排序列表，所述选择主圆形扇区包括选择使得功率最大化的所述虚拟麦克风，以及在与所述麦克风相邻的虚拟麦克风中选择与最大功率相关联的虚拟麦克风，将主圆形扇区限定为被包括在使得功率最大化的所述虚拟麦克风与所述相邻麦克风之间的扇区。
[0060] 在各种实施例中，一种波束形成装置，包括布置为阵列的多个定向麦克风，包括至少一个模块，该模块被配置成：获得由所述多个麦克风发出的麦克风信号；组合所述麦克风信号以获得虚拟麦克风，所述模块还被配置成将所述多个麦克风提供为麦克风阵列，组合所述麦克风信号以获得具有相应辐射图并且以不同的图案方向角被旋转的至少一对指向性虚拟麦克风，相应辐射图具有对应于阵列的所述参考点的相同的原点，使得在所述不同的图案方向角之间限定至少一个圆形扇区；获得相应总和辐射图相关联的总和虚拟麦克风的总和信号，将相应权重与所述指向性虚拟麦克风对的信号相关联，获得相应加权信号并且对所述加权信号求和，根据所述一对指向性虚拟麦克风的辐射图的所确定的图案方向角并且根据分离角来计算所述相应权重使得所述总和辐射图的主瓣在所述圆形扇区内被控向以指向所述所确定的图案方向角的方向。
[0061] 在变型实施例中，所描述的波束形成装置被包括在源定位装置中，并且被配置成在所述圆形扇区中对所述总和辐射图的图案方向角控向以获得声源位置估计，通过选择使得所述总和虚拟麦克风的信号的功率最大化的方向来获得所述声源位置估计。附图说明
[0062] 现在将参考附图仅通过非限制性示例来描述该解决方案，在附图中：
[0063] 图1-图4已经在前面的描述中进行了描述；
[0064] 图5示意性地示出了可以用于执行根据本公开的实施例的方法的麦克风阵列的示例；
[0065] 图6-图8示意性地示出了可以用于执行根据本公开的实施例的方法的麦克风阵列的另外的示例；
[0066] 图9A示出了根据本公开的实施例的通过组合麦克风阵列的麦克风信号而获得的虚拟麦克风的极性图；
[0067] 图9B示出了从图9A的虚拟麦克风的极性图获得的总和虚拟麦克风的总和极性图的示例；
[0068] 图10、图11和图12示出了根据本公开的实施例获得的一阶、二阶和三阶虚拟麦克风的极性图的示例；
[0069] 图13示出了图5的阵列的另外的示意表示；
[0070] 图14示出了表示根据本公开的实施例的操作方法的流程图；
[0071] 图15示出了表示本公开的变型实施例的流程图；
[0072] 图16示意性地示出了实现根据本公开的实施例的方法的装置；以及
[0073] 图17是示出了虚拟麦克风的相似性指标的曲线图。
具体实施方式
[0074] 接下来的描述示出旨在深入理解所描述的实施例的各种具体细节。可以在没有一个或多个具体细节的情况下、或者在其他方法、部件、材料等的情况下来实现实施例。在其他情况下，未详细示出或描述已知的结构、材料或操作，以免模糊实施例的各个方面。
[0075] 在本描述的框架中对“实施例”或“一个实施例”的引用意在指示关于该实施例描述的特定的配置、结构或特性被包括在至少一个实施例中。同样，可能存在于本说明书的各个地方中的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”等短语不一定指的是同一个实施例。此外，特定的构造、结构或特性可以在一个或多个实施例中适当地组合。
[0076] 本文中使用的附图标记仅仅是为了方便，因此不限定保护范围或实施例的范围。
[0077] 本文中描述的基于多个麦克风执行波束形成的方法提供：从麦克风阵列(优选地为全向麦克风)获得麦克风信号、由所述多个麦克风发出的信号，并且组合所述麦克风信号以获得虚拟麦克风，具体地获得至少一对指向性虚拟麦克风，其具有相应辐射图并且以不同的图案方向角被旋转，相应辐射图具有对应于阵列的所述参考点的相同的原点，使得在所述不同图案方向角之间限定至少一个圆形扇区，优选地是小于90度的圆形扇区。然后，提供将不同的权重与所述相应辐射图相关联，获得总和辐射图，其中主瓣根据所述权重根据给定的图案方向角而被定向，将与相应的总和虚拟麦克风相关联的这样的总和辐射图与加权的一对的辐射图相加，修改与辐射图相关联的所述权重，以在所述圆形扇区中对所述总和辐射图的图案方向角控向，以达到期望的方向角。
[0078] 此外，这里描述了执行源定位的这样的波束成形方法的变型。这样的波束形成方法包括：在这样的圆形扇区中对所述总和辐射图的图案方向角控向，以获得声源位置估计，并且通过选择使得所述多个虚拟麦克风的信号的功率最大化的方向来获得所述位置估计。
[0079] 这对应于以连续方式在每个方向上对虚拟麦克风波束控向，其使用在所述一对麦克风信号上进行波束成形的非均匀权重同心麦克风阵列，以获得在空间中具有相同位置的多个虚拟麦克风，其中多个虚拟麦克风具有不同的旋转角和不均匀的幅度增益。
[0080] 这里描述的方法将从0到2π(或所需的角度范围)执行连续控向的问题减小为在离散数目的圆形扇区中执行连续控向。因此，提供构建限定圆形扇区的相邻的成对的指向性虚拟麦克风，并且组合每一对以便在每个相应圆形扇区中进行连续控向。
[0081] 在图5中，示出了可以用于使用限定圆形扇区的相邻的指向性虚拟麦克风的DMA理论(ULA或UCA)来执行这里描述的波束形成方法的全向麦克风阵列的几何形状的示例。所需的麦克风数目与所需的最终虚拟麦克风阶数相关。
[0082] 在图5中，示出了麦克风阵列31，麦克风阵列31包括布置在圆周上在以等于π/3的分离角ρ间隔的位置处的数目为M＝6的麦克风M1...M6。虚拟麦克风所在的参考点O是圆周的中心。在麦克风M1与M2之间限定由CS指示的圆形扇区。
[0083] 利用阵列31的几何形状，可以使用DMA-ULA理论构建六个指向性一阶虚拟麦克风；使用DMA-UCA理论构建六个指向性(一阶、二阶或)三阶虚拟麦克风；限定具有对应于物理麦克风之间的分离角ρ＝π/3的孔径角的圆形扇区CS。
[0084] 在图6中，示出了包括数目M＝9个麦克风M1...M9的全向麦克风阵列31'，这样的麦克风中的八个麦克风被布置在圆周上在以等于π/4的分离角ρ间隔的位置处，并且一个麦克风M9放置在圆周的中心，其也表示参考点O。在麦克风M1与M2之间指示圆形扇区CS。
[0085] 利用阵列31'的几何形状，可以使用DMA-ULA理论构建八个指向性(一阶或)二阶虚拟麦克风；使用DMA-UCA理论构建八个指向性一阶、二阶或三阶虚拟麦克风；限定孔径角为ρ＝π/4的圆形扇区。
[0086] 在图7中，示出了麦克风阵列31”，其包括在外圆周OC上的八个麦克风和在同心圆周CC上的八个麦克风，这些麦克风在相应圆周上布置在以等于π/4的分离角ρ间隔的位置处。
[0087] 利用阵列31”的几何形状，可以使用DMA-ULA理论构建八个指向性(一阶或)二阶虚拟麦克风；使用DMA-UCA理论构建八个指向性一阶、二阶或三阶虚拟麦克风；限定孔径角为ρ＝π/4的圆形扇区CS。
[0088] 在图8中，示出了麦克风阵列31”'，其包括布置在圆周上的四个麦克风，M1和M2以等于π/8的角度ρ间隔，并且M3和M4对称地定位。利用阵列31”'的几何形状，可以使用DMA-ULA理论构建四个指向性(一阶或者)二阶虚拟麦克风，以限定孔径角为ρ＝π/8的圆形扇区CS。
[0089] 因此，可以提供多种几何形状的麦克风阵列，如图5-8所示的麦克风阵列，其是非均匀权重同心物理麦克风阵列，使用其可以进行波束成形以根据DMA ULA或UCA理论获得虚拟麦克风，这样的虚拟麦克风位于圆周的中心，即在参考点0中，并且它们的方向以给定的角度ρ分离，从而在虚拟麦克风的相邻的图案方向之间限定圆形扇区CS。
[0090] 现在，将描述用于基于关于参考点被布置为阵列的多个麦克风的波束形成的方法，该阵列例如是参考图5-图8描述的阵列之一。
[0091] 在图9A中示出了通过组合阵列、比如图8的阵列中的麦克风的麦克风信号而获得的一对虚拟麦克风V1和V2的极性图。考虑被包括在由方向角θ＝0和θ＝ρ限定的两个轴之间的圆形扇区，并且考虑位于空间中的相同点并且聚焦到两个不同方向θ＝0和θ＝ρ的两个指向性虚拟麦克风V1和V2，相应极性图ΓV1(θ)和ΓV2(θ)的作为关于x轴的角度所计算的主瓣方向分别为θ＝0和θ＝ρ。
[0092] 这里假定虚拟麦克风V1和V2是相同的，并且它们的极性图ΓV1(θ)和ΓV2(θ)具有对称形状。为此，在图9A中示出了表示一阶心形线的两个图案图，作为具有期望方向角θd＝0和期望方向角θd＝ρ的两个同心相同虚拟麦克风的示例，其中ρ＝π/3。然而，以下考虑对任意阶数和任意形状的两个虚拟麦克风V1和V2有效。
[0093] 为了在虚拟麦克风极性图的限定的圆形扇区中执行连续控向，获得一对虚拟麦克风V1和V2的极性图的加权总和。两个虚拟麦克风V1和V2的极性图ΓV1(θ)和ΓV2(θ)的加权总和可以写为：
[0094] ΓSUM(θ)＝α1ΓV1(θ)+α2ΓV2(θ)
[0095] 其中α1是乘以第一极性图ΓV1(θ)的权重(或增益)，α2是乘以第二极性图ΓV2(θ)的权重。
[0096] 等效地使用图案乘法规则：
[0097] ΓSUM(θ)＝ΓV1(θ)*(α1+α2e-jρ)
[0098] 因此，也可以写为：
[0099] ΓSUM(θ)＝α1ΓV1(θ)+α2ΓV1(θ-ρ)
[0100] 然后，在获得极性图的加权总和之后，仍然在圆形扇区中的任意方向上执行控向，其被认为是加权总和图案ΓSUM(θ)到通用预定期望方向θd的主瓣，其中0≤θd≤ρ。
[0101] 设置线性约束α1＝βα2，其中β是约束参数，并且也根据相同的约束参数β来表示期望方向θd：
[0102] θd＝ρ/(β+1)，
[0103] 这表示，例如如果约束参数β等于1，则期望方向θd是ρ/2。
[0104] 因此，给定期望方向θd，约束参数β固定为值：
[0105] β＝(ρ-θd)/θd
[0106] 因此，可以根据以下公式调节用于匹配期望方向θd的增益：
[0107] ΓSUM(θd)＝α2(βΓV1(θd)+ΓV1(θd-ρ))
[0108] 然后通过施加ΓSUM＝1对极性图归一化：
[0109] 1＝α2(βΓV1(θ)+ΓV1(θ-ρ))；
[0110] 得到权重α2的值为：
[0111]
[0112] 因此：
[0113] α1＝βα2 (2)
[0114] 在图9B中，针对期望方向θd的三个不同的值3ρ/4、ρ/2、ρ/3，示出了由从图9A的虚拟麦克风对V1和V2获得的相应和信号VSUM识别的总和虚拟麦克风VSUM的总和图案ΓSUM的三个不同示例。
[0115] 从图9A和9B可以看出，在先前示例中表示的图案ΓV1(θ)和总和图案ΓSUM(θ)是不同的，但在形状和面积方面在视觉上相当相似。
[0116] 如上所述，出于定位目的，需要尽可能相似的极性图，以便比较由指向不同期望方向θd的所得到的虚拟麦克风所拾取的能量。
[0117] 相似性性质强烈地依赖于分离角ρ，分离角必须足够小以保证期望的相似性水平。优选地，用于获得总和图案ΓSUM(θ)的虚拟麦克风V1和V2之间的分离角ρ小于π/2。
[0118] 在图17中示出了为了对相似度进行客观化而计算的指标。两个指标Isum和IΘ在总和图案Γsum(θ)与确定总和的一对中的虚拟麦克风的图案ΓV1(θ)之间的面积方面测量相似性。如下所述，从测量形状方面的相似性的函数Θ(θ)来获得IΘ。Isum和IΘ是ΓV1(θ)的面积与全向极性图的面积(其为πR2，其中半径R＝1)之间的比率IV1的函数。
[0119]
[0120] 第一指标Isum仅仅是关于全向极性图归一化的Γsum(θ)的面积：
[0121]
[0122] Γsum(θ)与ΓV1(θ)之间的高的面积相似性要求Isum-IV1较低。
[0123] 形状相似性指标函数Θ(θ)是Γsum(θ)与聚焦到Γsum(θ)的主方向的具有相同形状ΓV1(θ)的指向性极性图之间的差。Θ(θ)在数学上定义为：
[0124] Θ(θ)＝Γsum(θ)-ΓV1(θ-θd)
[0125] Θ(θ)是返回每个角度θ的相似性估计的函数，其范围是-1≤Θ(θ)≤1。由Θ(θ)返回的值的模越低，相似性越高。
[0126] 指标IΘ是函数Θ(θ)的归一化面积：
[0127]
[0128] Γsum(θ)与ΓV1(θ)之间的高的面积相似性要求IΘ较低。
[0129] 在图17中，作为示例，示出了在一阶心形图的情况下的面积指标的计算结果。面积被归一化。所示的曲线是分离角ρ的函数。定性地，可以说，指标IV(实线)大约为Isum(虚线)并且IΘ(虚线)大约为0的值的范围对应于赋予高相似性的分离ρ的值。对于具有较高值的分离角ρ，随着Γsum(θ)的面积呈指数增长，ΓV(θ)与Γsum(θ)的面积幅度发散。出于这一原因，将用于获得总和辐射图ΓSUM(θ)的至少一对虚拟麦克风V1、V2之间的分离角ρ选择为小于π/2(大约为1.57弧度)。
[0130] 限制分离角在诸如下面描述的源定位的应用中在计算速度方面也具有优点。利用适当的分离角ρ，形状相似性如此高，以至于出于应用目的，也可以假定关于其中心轴对称的总和图案ΓSUM(θ)为α1ΓV1。
[0131] 在图10、11和12中分别描述生成一阶、二阶和三阶的一对虚拟麦克风的麦克风阵列的示例。
[0132] 如已经提及的，关于空间中的固定点(称为阵列的“参考点”O)来描述每个阵列几何形状。所得到的指向性虚拟麦克风将被定位在参考点0中。所得到的虚拟麦克风的极性图的原点是参考点本身。例如，在ULA和UCA的情况下，参考点是阵列的中点。
[0133] 在图10中，示出了具有在中心的麦克风M0和在圆周上的麦克风M1...M8的阵列31'，如图6所示的那样。根据ULA理论使用物理麦克风M3和M7以创建一阶虚拟麦克风V1，其辐射图也在图10中示出。这样的辐射图V1指向θ＝0弧度。使用物理麦克风M2和M6创建第二一阶虚拟麦克风V2，其辐射图指向θ＝π/4弧度。指示由所选择的虚拟麦克风限定的圆形扇区CS。使用不同的物理麦克风导致处理不同的扇区。
[0134] 在图11中，示出了与图10相同的阵列31'，其中物理麦克风M3、M0和M7用于创建二阶虚拟麦克风V1，该辐射图也在图11中示出。这样的辐射图V1指向θ＝0弧度。物理麦克风M2、M0和M6用于创建第二一阶虚拟麦克风V2，其辐射图指向θ＝π/4弧度。
[0135] 在图12中，示出了与图10相同的阵列31'，然而其用作作为类似于图4的UCA，其中物理麦克风M1、M2、M3、M4、M5、M6和M7用于创建三阶虚拟麦克风V1，该辐射图也在图12中示出。这样的辐射图V1指向θ＝0弧度。物理麦克风M1、M2、M3、M4、M5、M6和M7也用于创建第二一阶虚拟麦克风V2，其辐射图指向θ＝π/4弧度。
[0136] 因此，考虑任意阶心形图的示例，上述操作适用于任意阶虚拟麦克风。描述在文献中已知的N阶心形极性图ΓCN(θ)的通式如下：
[0137] ΓCN(θ)＝(0.5+0.5cosθ)N
[0138] 相应极性图系数ai为：
[0139] 一阶情况：a1＝0.5；
[0140] 二阶情况：a1＝0.5，a2＝0.25；
[0141] 三阶情况：a1＝0.375，a2＝0.375，a3＝0.125。
[0142] 因此，到目前为止描述的波束形成过程(其实施例100在图14所示的流程图中指示)从多个全向麦克风M1...Mm(例如图8中的M1...M4)开始，这些麦克风关于参考点被布置为阵列(诸如ULA或UCA)，其中在步骤110中，获得由上述多个麦克风发出的麦克风信号X1...XM，在步骤120中组合这些麦克风信号，以获得至少一对虚拟麦克风，诸如虚拟麦克风V1和V2，其具有相应辐射图(具有对应于阵列的参考点O的相同的原点)并且以不同的图案方向角度被旋转，限定分离角ρ，使得在上述不同的图案方向角之间限定相应孔径的圆形扇区CS。通常可以从M个麦克风信号X1...XM获得N个虚拟麦克风V1...VN，根据参考前面的图4-图13描述的规则和理论，可以从中选择一对或多对虚拟麦克风。
[0143] 在步骤130中，给定虚拟麦克风的期望方向θd、分离角ρ和辐射的极性图(其如上所示可以用极性图ΓV1表示)，例如使用关系式(1)和(2)，应用于θd、ρ和ΓV1来获得权重α1、α2：
[0144]
[0145] α1＝βα2 (2)
[0146] 其中
[0147] β＝(ρ-θd)/θd
[0148] 这是在给定所确定的分离角ρ的情况下将一对虚拟麦克风V1和V2的极性图的加权总和ΓSUM(θ)指向期望方向 所需的权重。
[0149] 因此，步骤130提供计算作为辐射图ΓV＝ΓV1＝ΓV2的所确定的图案方向角θd的函数的权重α1、α2，因为一对指向性虚拟麦克风V1、V2的图案和分离角ρ是相同的，使得所述总和辐射图ΓSUM(θ)的主瓣在所述圆形扇区CS内被控向，以指向所确定的图案方向角θd的方向。
[0150] 在步骤140中，应用在步骤130计算的权重，获得总和信号VSUM＝α1V1+α2V2，其是由指向期望方向 的虚拟麦克风观察到的信号，并且该辐射图是ΓSUM(θ)＝α1ΓV1(θ)+α2ΓV2(θ)，因此总和虚拟麦克风信号VSUM(θ)确定辐射图ΓSUM(θ)，该辐射图ΓSUM(θ)的主瓣在所述圆形扇区CS内在期望方向θd上被控向。
[0151] 换句话说，步骤140提供获得总和辐射图ΓSUM(θ)与之相关联的总和虚拟麦克风的总和信号VSUM，特别是，将相应权重α1、α2与所述一对指向性虚拟麦克风V1、V2的信号相关联，获得辐射的相应加权信号α1V1、α2V2，并且对所述加权信号α1ΓV1,α2ΓV2求和：
[0152] VSUM＝α1V1+α2V2
[0153] 必须注意，存在替代方式用于计算权重以获得期望方向θd，特别是设置限定权重的约束条件的方程系统。例如，约束可以强制总和图在期望方向θd上具有最大值，则第二约束强加总和图案图在期望方向θd上具有单一值。
[0154] 现在描述这样的波束成形方法用于执行源定位的用途。
[0155] 一般来说，用于执行源定位的这样的波束成形方法使用：通过修改权重的操作140在圆形扇区中对所述总和辐射图的图案方向角控向以获得声源位置估计，通过选择使得所述多个虚拟麦克风的信号的功率最大化的方向来获得所述位置估计。
[0156] 更详细地，这样的估计源位置包括在方向q之间选择使得信号的功率、特别是当前信号帧的平均Teager能量ET最大化的方向
[0157]
[0158] 其中考虑P个样本的时间帧，Teager能量ET为：
[0159]
[0160] 其中Vq是聚焦在q方向的虚拟麦克风的输出，n是样本的索引。Teager能量ET对于谐波信号较高，因此优选作为在用于检测语音信号的控向期间测量的功率的选择。
[0161] 在图13中描绘了用于在ULA中使用一阶虚拟麦克风进行控向的可能的阵列几何形状，其示出了诸如图5的阵列31等阵列。六个全向麦克风M1...M6发出相应麦克风信号，这些麦克风信号可以根据所描述的波束形成过程100来组合以获得虚拟麦克风。
[0162] 参考图15，其示出了表示源定位过程的实施例200的流程图，因此提供在步骤110中从麦克风M1...M6获得模拟麦克风信号，通过模数转换以获得数字麦克风信号X1...X6。
[0163] 在步骤120中，获得虚拟麦克风，特别是六个虚拟麦克风V1...V6，使用线性DMA理论组合信号X1...X6，如参考图14所描述的，即，例如，在对作为被放置在给定距离d(即，阵列31的圆周的直径)处的麦克风的信号的麦克风信号X1和X4相加之前，对信号X1应用延迟。如上所述的虚拟麦克风V1通过组合数字信号X1和X4来获得，虚拟麦克风V2通过组合数字信号X2和X5来获得，虚拟麦克风V3通过组合数字信号X3和X6来获得。虚拟麦克风V4通过组合数字信号X4和X1(即，组合信号与虚拟麦克风V1相同，但是这次将延迟应用于信号X4)来获得。虚拟麦克风V5通过组合数字信号X5和X2来获得，虚拟麦克风V6通过组合数字信号X5和X2来获得。
[0164] 从而，获得多个虚拟麦克风V1...V6。
[0165] 必须注意的是，由于所描述的方法从麦克风阵列开始并且通过采用整个阵列的麦克风来构建至少一对虚拟麦克风，所以这也可以被认为是从较大阵列(阵列31)的一个子阵列得到虚拟麦克风(例如，图13中从信号X2和X5获得ULA V2)并且从较大阵列(31)的另一子阵列得到其他虚拟麦克风(例如从信号X5和X2获得ULA V5)，可以说，这里描述的波束形成方法采用关于参考点布置为阵列的多个麦克风，即使这样的阵列可以被认为是单个阵列，诸如在阵列21、31、31'、31”的情况下。要考虑的阵列数取决于所应用的抽象的阶数。
[0166] 然后在步骤210中执行虚拟麦克风的能量排序，即，计算来自每个虚拟麦克风的每个指向性虚拟麦克风信号的平均Teager能量ET[Vi(n)]。然后，对六个能量测量ET[Vi(n)]进行排序，从而从排序的虚拟麦克风的最高能量到最低能量建立排序列表。在步骤220中将使TTeager能量E [Vi(n)]最大化的信号Vi(n)表示为第一虚拟麦克风Vk的信号，即排序列表的第一元素。在本示例中，假定第一虚拟麦克风Vk是V1。除了选择对应于最大能量的虚拟麦克风Vk的信号Vk之外，步骤220还提供对应于这样的信号或虚拟麦克风的方向的第一标记角度θmax。
[0167] 然后，在步骤230中，执行主圆形扇区选择，仅考虑与示例V2和V6中的标记的第一虚拟麦克风Vk相邻的虚拟麦克风的信号，并且选择相邻虚拟麦克风之间具有更大能量的相邻虚拟麦克风，即其位于能量排序列表中的上部位置，并且将相应的虚拟麦克风指示为第二标记的虚拟麦克风 在图13的示例中，V2被选择为第二标记的虚拟麦克风 主圆形扇区MS被限定为被包括在第一标记的虚拟麦克风Vk和和第二标记的虚拟麦克风 之间的圆形扇区。第二标记的虚拟信号 的方向限定第二标记角度θp，其也在步骤230处作为输出提供。
[0168] 在子过程240中，然后通过以下方式在步骤230中选择的主圆形扇区中执行连续控向以执行源定位：应用前述波束成形方法的控向步骤，使用第一标记的虚拟麦克风Vk和第二标记的虚拟麦克风 作为输入到步骤140的一对虚拟麦克风。
[0169] 假定如图13所示的第一标记的虚拟麦克风Vk的辐射图ΓVk(θ)和第二标记的虚拟麦克风 的辐射图 的主瓣方向分别为0和ρ＝π/3，与先前描述的波束形成方法一致，提供获得总和辐射信号 的步骤140，总和辐射信号是由指向期望方向 的虚拟麦克风观察到的信号，并且其辐射图是 将
相应权重α1、α2与所述一对指向性虚拟麦克风Vk和 的信号相关联，获得相应加权信号α
1Vk、 并且对所述加权信号α1Vk、 求和，获得总和虚拟麦克风的信号VSUM为
相应权重α1、α2与所述一对指向性虚拟麦克风Vk和 的信号相关联，获得相应加权信号α
1Vk、 并且对所述加权信号α1Vk、 求和，获得总和虚拟麦克风的信号VSUM为
[0170]
[0171] 在子过程240中，还提供了如下步骤：根据所确定的或所期望的图案方向角θd(然而在这种情况下，其是最大搜索角θbis方向，即能够搜索到通过最大能量发现过程245计算的最大值的新的方向)和分离角ρ计算130所述权重α1、α2，使得所述总和辐射图ΓSUM(θ)的主瓣在圆形扇区(在这种情况下是主圆形扇区MS)内被控向，以指向所述期望角度θd(即最大搜索角度θbis)的方向。
[0172] 因此，如图15所示，在步骤140之后，在步骤250中评估在期望方向上的总和信号VSUM的功率，特别是评估总和信号VSUM的Teager能量ET。
[0173] 然后，在步骤260中评估总和信号VSUM的Teager能量ET是否是主扇区MS中的最大能量。如下面更详细地描述的，该评估步骤260优选地是迭代过程的一部分，并且在这种情况下，迭代过程的分辨率由被提供给步骤260用于评估的分辨率参数RES来控制。
[0174] 在肯定的情况下，找到位置估计，即对应于期望方向的最大化方向θdmax。最大方向θdmax是以弧度为单位的源位置估计。此外，评估步骤260提供指向最大化方向θdmax的总和辐射图ΓSUM(θ)的对应信号Vmax。
[0175] 在否定的情况下，在步骤270中选择新的最大搜索角方向θbis，并且在步骤130中，基于这样的新的最大搜索角θbis计算被提供给步骤140以对总和图案ΓSUM(θ)控向的权重α1、α2。这样的权重例如是如以下伪码示例中所指示的[α1α2]＝F[θbis；ρ；Γ(θ)]的解。
[0176] 在图15的示例中，如上所述，从步骤220向步骤270提供第一标记角度θmax，步骤270确定对应于第一标记的虚拟麦克风的方向的新的最大搜索角度方向θbis，而从步骤230向相同的步骤270传递对应于第二标记的虚拟麦克风 的方向的第二标记角度θp。这被执行使得步骤270可以选择新的最大搜索方向θbis，即通过步骤130和140在第一标记角度θmax和第二标记角度θp之间限定的主圆形扇区MS内总和辐射图所指向的期望的方向θd。如参考随后的伪码示例更好地解释的，这尤其通过迭代地将主圆形扇区二等分来获得。提供最大估计θbis的步骤270在第一次迭代中提供二等分角θbis＝(θmax+θp)/2，而在随后的迭代中，由评估步骤260提供第一标记的角度θmax和第二标记的角度θp的更新。
[0177] 因此，定位过程200是波束形成过程100的变型，其在步骤110-120从麦克风信号形成一对虚拟麦克风之后增加排序过程(步骤210-230)，以识别限定主扇区MS的一对虚拟麦克风，其具有包括最大化方向θdmax的最大概率。该主扇区MS对应于波束成形过程100的圆形扇区CS，因此将其提供给波束成形步骤130-140，波束成形步骤130-140确定在所述圆形扇区CS(即，主扇区NS)内可控向的总和辐射图。这些步骤130-140在包括步骤250-270的最大能量发现过程245的控制下执行。
[0178] 假定第一标记的虚拟麦克风Vk的辐射图ΓVk(θ)和第二标记的虚拟麦克风 的辐射图 的主瓣方向分别为0和ρ，如通过过程220和230所发现的，这样的过程的伪码如下呈现。
[0179]
[0180] 伪码中的Vmax通常是由定位过程驱动的波束形成器的在时间上变化的输出信号。ETmax是表示Teager能量ET所取的最大值的变量。最大搜索角θbis是过程240(即最大能量发现过程245)的给定迭代步骤j的新的期望方向，然后迭代步骤130和140。
[0181] 用于找到最大化方向θdmax的这些步骤250-270(即最大能量发现过程245)优选地通过迭代过程来执行，该迭代过程特别地提供：从第一标记的虚拟麦克风Vk开始(第一标记的虚拟麦克风Vk被限定为主圆形扇区MS的第一边界，其方向被假定为初始最大化方向θdmax，并且相应的Teager能量为最大能量ETmax)，在第一标记的虚拟麦克风Vk的方向和限定第二边界方向θp的第二标记的虚拟麦克风 的方向之间，选择新的控向方向θbis，优选地指向主圆形扇区MS的分离角ρ的一半，即在两个相等的子扇区中平分主圆形扇区MS，或者在任何情况下将主圆形扇区MS分为两个子扇区。然后，从指向该方向的两个标记的虚拟麦克风获得加权的总和虚拟麦克风VSUM，即，根据上述波束形成方法在主圆形扇区MS中执行控向。然后评估该方向上的加权虚拟麦克风VSUM的能量，如果大于最大能量ETmax，则选择相应的方向作为新的最大化方向θmax。选择新的圆形扇区，该新的圆形扇区是在新的最大化方向θmax和成为第二边界方向θp的先前最大化方向之间限定的主扇区的子扇区，并且重复包括以下各项的过程：在子扇区内部，特别是在子扇区的中间在某个方向上对总和图案控向并且评估能量。如果加权虚拟麦克风VSUM的能量小于最大能量ETmax，则选择通过设置最大搜索角或控向方向角θbis而获得的两个子扇区的剩余的圆形子扇区，以重复该过程，即扇区具有等于电流操纵方向θbis的第二边界方向θp，同时保持值θmax。将该过程重复给定次数。
[0182] 如参考图15所提到的，可以为定位过程选择预定义的分辨率RES，其中RES是正整数。预定义分辨率RES越高，方向分辨率越高。分辨率RES例如对应于要执行的迭代的数目。
[0183] 在所描述的伪码中，将函数F[θbis；ρ；Γ(θ)]称为将以下各项作为输入的函数：所得到的总和虚拟麦克风VSUM的期望方向θd、作为这一对的两个虚拟麦克风之一的极性的极性图Γ(θ)(例如第一标记的虚拟麦克风Vk的图ΓVk(θ))和两个标记的虚拟麦克风Vk和之间的分离角ρ，并且根据约束条件(1)返回适当的权重α1、α2，即α2＝1/(βΓV1(θd)+ΓV1(θd-ρ))。换句话说，函数F对应于由操作130实现的函数，操作130根据所确定的图案方向角θd或θbis以及分离角ρ来计算相应权重α1、α2，使得在上述波束形成方法中所述总和辐射图ΓSUM(θ)的主瓣在所述圆形扇区CS内被控向以指向所述所确定的图案方向角θd的方向。
[0185] 图16示意性地示出了实现这里描述的方法的装置50。用31表示阵列31，其是图5所示的阵列，其具有六个物理麦克风M1...M6。然而，其可以是关于参考点布置为阵列并且关于彼此相距距离d的任何指向性麦克风集合，与沿着待检测的传播矢量k入射的压力幅度为P0和频率为ω的声波的波长相比，距离d可以忽略，也如参考图1所述。优选地，其是DMA阵列，特别是DMA-ULA或DMA-UCA。这样的阵列31将向处理模块40供应在示例中是模拟信号的麦克风X1...XM的信号。这样的处理模块40优选地是被配置成实现波束形成方法100或者定位方法200的操作的微处理器或微控制器，特别是根据所要求的阶数构建虚拟麦克风，获得待控向的总和虚拟麦克风，以及执行控向，特别是目的在于定位声波P0的到达方向。处理模块40可以可选地是DSP或适于实现方法100和/或200的操作的任何其他处理模块。处理模块也可以被包括在一个或多个计算机中。
[0186] 因此，所描述的解决方案使得能够建立基于任意阶数的DMA的参数声源定位系统，其允许在所有方向上以连续方式进行控向。
[0187] 所描述的波束形成解决方案使得能够构建瞄准任意方向的彼此相似的任意阶极性图，这对于定位目的而言特别是非常期望的。可以容易地调节所得到的波束的方向，只需改变极性图加数的约束权重：仅需要一个调节参数。
[0188] 所描述的关于定位系统的解决方案具有以下期望的特征：波束成形和源定位可同时适用；定位精度理论上可任意选择；定位分辨率以参数方式可调。
[0189] 此外，所描述的解决方案避免了由于执行所有方向的最大搜索扫描而导致的高的计算复杂度限制。可以以连续方式控向的基于DMA的波束形成器基本上解决了计算复杂性的问题，因为波束由2D形状表征：实际上在迭代定位过程期间，可以调节系统以便找到精度和资源消耗之间的期望的折衷。这表示第一次迭代已经给出了到达方向的正确估计，尽管其由低分辨率所表征。
[0191] 本公开的实施例特别适合于但不限于基于微分麦克风阵列(DMA)技术的系统。这样的技术适用于其中麦克风之间的距离关于感兴趣的声波的波长可忽略的阵列。由于其小尺寸，MEMS麦克风特别适合于这些应用。
[0192] 可以组合上述各种实施例以提供另外的实施例。根据上述详细描述，可以对这些实施例进行这些和其他改变。一般来说，在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被解释为包括所有可能的实施例以及等同物的全部范围，权利要求。因此，权利要求不受本公开限制。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 宽频带短距离无线通信装置及方法 | 2020-05-24 | 493 |
| 一种车辆行驶轨迹指示灯 | 2020-05-22 | 171 |
| LED灯 | 2020-05-24 | 758 |
| 用户装置、基站和通信方法 | 2020-05-14 | 272 |
| 导光板及面光源装置 | 2020-05-23 | 68 |
| 指向性控制系统、控制装置、合作站装置、接收站装置、指向性控制方法 | 2020-05-15 | 748 |
| 利用雷射照光形成线路的方法 | 2020-05-25 | 823 |
| 面光源装置 | 2020-05-13 | 66 |
| 面光源装置 | 2020-05-18 | 818 |
| 指向性背光单元及具有其的三维图像显示装置 | 2020-05-12 | 984 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
指向性图案热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈