基于被动时反的 ac-MVDR 水下声源定位python代码

时间: 2023-11-27 22:50:33 浏览: 33
以下是基于被动时反的 ac-MVDR 水下声源定位的 Python 代码: ```python import numpy as np import scipy.signal as signal def ac_mvdr_doa_estimation(data, freq_bins, array_geometry, sound_speed, num_src=None): """ 基于被动时反的 ac-MVDR 水下声源定位 :param data: 录音数据,shape=(num_channels, num_samples) :param freq_bins: 频率点,shape=(num_freq_bins,) :param array_geometry: 阵列几何,shape=(num_channels, 3),第一维是x坐标,第二维是y坐标,第三维是z坐标 :param sound_speed: 声速 :param num_src: 声源个数,默认为None,表示不知道声源个数,需要进行自动估计 :return: DOA估计结果,shape=(num_src,) """ num_channels = array_geometry.shape[0] # 计算每个传感器之间的距离 d = np.zeros((num_channels, num_channels)) for i in range(num_channels): for j in range(num_channels): d[i, j] = np.linalg.norm(array_geometry[i] - array_geometry[j]) # 计算传感器间相对延迟 tau = d / sound_speed tau -= np.min(tau) # STFT window = signal.hamming(256) hop_size = 128 f, t, spec = signal.stft(data, window=window, nperseg=256, noverlap=128) spec = np.transpose(spec, (2, 0, 1)) # shape=(num_freq_bins, num_channels, num_frames) # 声源个数估计 if num_src is None: num_frames = spec.shape[2] P = np.zeros((num_freq_bins, num_channels, num_channels), dtype=np.complex64) for i in range(num_freq_bins): Rxx = np.dot(spec[i], np.conj(spec[i]).T) / num_frames P[i] = np.linalg.inv(Rxx) P_sum = np.sum(P, axis=0) eig_values, _ = np.linalg.eig(P_sum) lambda_min = np.min(np.real(eig_values)) num_src = num_channels - np.sum(np.real(eig_values) < lambda_min / 10) # 计算空间谱 spec_2 = np.abs(spec) ** 2 Ps = np.zeros((num_freq_bins, num_channels, num_channels), dtype=np.complex64) for i in range(num_freq_bins): Rxx = np.dot(spec[i], np.conj(spec[i]).T) / spec.shape[2] Ps[i] = np.linalg.inv(Rxx) # 计算空间协方差矩阵的逆 P_sum = np.sum(Ps, axis=0) inv_P_sum = np.linalg.inv(P_sum) # 计算指纹矩阵 X = np.zeros((num_freq_bins, num_channels, num_src), dtype=np.complex64) for i in range(num_freq_bins): U, s, V = np.linalg.svd(Ps[i]) U = U[:, :num_src] X[i] = np.dot(np.conj(U).T, inv_P_sum) # 计算DOA theta_range = np.arange(-90, 90, 0.5) num_theta = len(theta_range) P_music = np.zeros((num_freq_bins, num_theta)) for i in range(num_freq_bins): Xf = X[i] for j in range(num_theta): steering_vec = np.exp(-1j * 2 * np.pi * freq_bins[i] * tau * np.sin(theta_range[j] / 180 * np.pi)) P_music[i, j] = 1 / (np.dot(np.conj(steering_vec).T, np.dot(Xf, Xf.conj().T.dot(steering_vec)))) # DOA估计 doa_estimates = np.zeros(num_src) for i in range(num_src): theta_idx = np.argmax(np.sum(P_music[:, :num_theta // 2], axis=1)) doa_estimates[i] = theta_range[theta_idx] P_music[:, theta_idx - 2:theta_idx + 3] = 0 # 降低峰值,避免重复估计同一声源 return doa_estimates ``` 以上代码使用了一些依赖库,如numpy、scipy等,需要提前安装。代码中的注释可以帮助你更好地理解每个步骤的计算过程。在使用时,你需要准备好录音数据、频率点、阵列几何和声速等参数,然后调用`ac_mvdr_doa_estimation`函数即可得到DOA估计结果。

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