基於麥克風陣列的聲源定位方法
2023-05-30 16:43:11
基於麥克風陣列的聲源定位方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於麥克風陣列的聲源定位方法，涉及聲源的定位方法【技術領域】。所述方法在頭盔上安裝麥克風陣列，由於聲源信號的頻率不同，所走的路徑也不相同，其中高頻聲源可以穿過頭盔直接到達頭後邊的麥克風，但強度有所衰減，利用衰減前後高頻信號的強度差和衰減距離的關係定位聲源；低頻聲源不能直接穿過頭盔，發生衍射，這就產生了時延差，利用時延差定位聲源。通過實驗數據，找出高低頻的分界線，這樣用不同的方法分別通過高低頻信號對聲源進行定位，綜合高低頻信號的定位結果對聲源定位的精度更高。
【專利說明】基於麥克風陣列的聲源定位方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及聲源的定位方法【技術領域】，尤其涉及一種基於麥克風陣列的聲源定位方法。
【背景技術】
[0002]陣列信號處理已經廣泛應用於通信、雷達、聲納、醫學和航空航天等諸多領域。近年來，隨著反恐戰的開展，各國已經研製了各種探測爆炸點或槍炮射擊點位置的設備。在實際應用中，由於視覺定位往往不易實現，從而發展了一些聲學定位的系統。
[0003]一般來說，常用的聲源定位算法有三種:基于波束成型的方法、基於高解析度譜估計的方法、基于波達時延差的方法。基于波束成型的方法通過對麥克風陣列接收信號進行濾波、加權求和，直接控制麥克風陣列指向使波束具有最大輸出功率的方向，可在聲源多於一個的條件下對多聲源進行定位，但存在對初值敏感的問題。另外，需要知道聲源和噪聲的先驗知識，該方法存在計算量大，不利於實時處理等缺點。
[0004]基於高解析度譜估計的方法在理論上可以對聲源的方向進行有效估計，但由於該方法是針對窄帶信號，因此若要獲得較理想的精度，就要付出很大的計算量代價。此外，這些算法無法處理高度相關的信號，因此，混響會給算法的定位精度帶來較大影響。
[0005]基於時延估計的方法是利用廣義互相關等時延估計算法求出信號到陣列不同麥克風的相對時延，並利用時延信息與麥克風陣列的空間位置關係估計聲源位置。該方法計算量小，易於實時實現，近年來得到了高度的重視。但是上述三種方法對聲源定位的準確度較低。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種基於麥克風陣列的聲源定位方法，所述方法能夠準確的對聲源進行定位。
[0007]為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是:一種基於麥克風陣列的聲源定位方法，其特徵在於包括以下步驟:
[0008]I)在頭盔的外側安裝麥克風陣列；
[0009]2)聲源發出高低頻聲波；
[0010]3)測量穿透頭盔併到達頭盔後側麥克風的高頻聲波強度；
[0011]4)對比聲源發出的高頻聲波強度與直接穿透頭盔後到達麥克風的高頻聲波強度；
[0012]5)根據高頻聲波衰減前後的強度差和距離的關係對聲源進行第一次定位；
[0013]6)低頻聲波發生衍射後到達頭盔後側的麥克風；
[0014]7)測量聲源發出低頻聲波與麥克風收到低頻聲波的時間差；
[0015]8)利用時延差方法對聲源進行第二次定位；
[0016]9)綜合第一次與第二次定位的結果對聲源進行最終定位。[0017]優選的，所述步驟9)為，對第一次定位結果和第二次定位結果取平均值得到最終的定位結果。
[0018]優選的，通過對若干個麥克風進行測量取平均值的方法得到最終定位結果。
[0019]採用上述技術方案所產生的有益效果在於:所述方法在頭盔上安裝麥克風陣列，由於聲源信號的頻率不同，所走的路徑也不相同，其中高頻聲源可以穿過頭盔直接到達頭後邊的麥克風，但強度有所衰減，利用衰減前後高頻信號的強度差和衰減距離的關係定位聲源；低頻聲源不能直接穿過頭盔，發生衍射，這就產生了時延差，利用時延差定位聲源。通過實驗數據，找出高低頻的分界線，這樣用不同的方法分別通過高低頻信號對聲源進行定位，綜合高低頻信號的定位結果對聲源定位的精度更高。
【具體實施方式】
[0020]一種基於麥克風陣列的聲源定位方法，包括以下步驟:1)在頭盔的外側安裝麥克風陣列；2)聲源發出高低頻聲波；3)測量穿透頭盔併到達頭盔後側麥克風的高頻聲波強度；4)對比聲源發出的高頻聲波強度與直接穿透頭盔後到達麥克風的高頻聲波強度；5)根據高頻聲波衰減前後的強度差和距離的關係對聲源進行第一次定位；6)低頻聲波發生衍射後到達頭盔後側的麥克風；7)測量聲源發出低頻聲波與麥克風收到低頻聲波的時間差；8)利用時延差方法對聲源進行第二次定位；9)綜合第一次與第二次定位的結果對聲源進行最終定位。
[0021]為了提高定位的準確性，本發明通過以下兩點進行定位:一、對第一次定位結果和第二次定位結果取平均值得到最終的定位結果。二、通過對若干個麥克風進行測量取平均值的方法得到最終定位結果。所述方法同時綜合上述兩方面得出最終的定位結果。
[0022]所述方法在頭盔上安裝麥克風陣列，由於聲源信號的頻率不同，所走的路徑也不相同，其中高頻聲源可以穿過頭盔直接到達頭後邊的麥克風，但強度有所衰減，利用衰減前後高頻信號的強度差和衰減距離的關係定位聲源；低頻聲源不能直接穿過頭盔，發生衍射，這就產生了時延差，利用時延差定位聲源。通過實驗數據，找出高低頻的分界線，這樣用不同的方法分別通過高低頻信號對聲源進行定位，綜合高低頻信號的定位結果對聲源定位的精度更高。
[0023]本文中應用了具體個例對本發明的原理及其實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用來幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種基於麥克風陣列的聲源定位方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)在頭盔的外側安裝麥克風陣列； 2)聲源發出高低頻聲波； 3)測量穿透頭盔併到達頭盔後側麥克風的高頻聲波強度； 4)對比聲源發出的高頻聲波強度與直接穿透頭盔後到達麥克風的高頻聲波強度； 5)根據高頻聲波衰減前後的強度差和距離的關係對聲源進行第一次定位； 6)低頻聲波發生衍射後到達頭盔後側的麥克風； 7)測量聲源發出低頻聲波與麥克風收到低頻聲波的時間差； 8)利用時延差方法對聲源進行第二次定位； 9)綜合第一次與第二次定位的結果對聲源進行最終定位。
2.根據權利要求1所述的基於麥克風陣列的聲源定位方法，其特徵在於:所述步驟9)為，對第一次定位結果和第二次定位結果取平均值得到最終的定位結果。
3.根據權利要求1或2所述的基於麥克風陣列的聲源定位方法，其特徵在於:通過對若干個麥克風進行測量取平均值的方法得到最終定位結果。
【文檔編號】G01S3/808GK103630872SQ201310648912
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月3日 優先權日:2013年12月3日
【發明者】汪祖民, 孟書傑 申請人:大連大學