[發(fā)明專利]一種基于麥克風(fēng)陣列的聲源定位系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210204877.3
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102707262A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇淳
• 申請（專利權(quán)）人: 太倉博天網(wǎng)絡(luò)科技有限公司
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務(wù)所 32230
• 代理人: 樊文紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲源的定位，更具體地講，涉及一種使用麥克風(fēng)(MIC)陣列來對聲源定位的方法。

背景技術(shù)

陣列信號處理已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、聲納、醫(yī)學(xué)和航天航空等諸多領(lǐng)域。近年來，隨著反恐戰(zhàn)的開展，各國已經(jīng)研制了各種探測爆炸點(diǎn)或槍炮射擊點(diǎn)的位置的設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，由于視覺定位往往不易實(shí)現(xiàn)，從而發(fā)展了一些聲學(xué)定位的系統(tǒng)，例如，美國的回力棒系統(tǒng)、以色列拉斐爾公司的反狙擊手聲探側(cè)系統(tǒng)，加拿大麥克唐納·迪特維利公司和加拿大防務(wù)研究和發(fā)展委員會(huì)也共同開發(fā)了一種名為“雪貂”(Ferret)的小型武器探測和定位系統(tǒng)。基于麥克風(fēng)陣列的聲源定位廣泛應(yīng)用于具有嘈雜背景的語音通信環(huán)境，如，視頻會(huì)議、多媒體教室、車載電話等，以提高通信質(zhì)量;在地震研究、降噪設(shè)計(jì)、壓力容器的無損檢測等諸多領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。本專利提供的基于麥克風(fēng)陣列的聲源定位系統(tǒng)可以估算出聲源位置和方向角，并對聲源進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。聲源定位算法研究主要集中在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)仿真，采用Matlab與C語言結(jié)合，難以開發(fā)出界面友好的程序，流程控制能力不理想，在數(shù)據(jù)采集、硬件控制等方面都比較繁瑣，編程難度大，而程序的通用性也受到制約。本專利采用LabVIEW圖形化編程語言，方便地完成數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)、分析與處理、硬件及儀器控制等任務(wù)。同時(shí)從平面四元方陣定位模型出發(fā)，開發(fā)出一種基于虛擬儀器的實(shí)時(shí)聲源定位系統(tǒng)，并配合激光筆對聲源進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。該系統(tǒng)控制界面友好，定位速度較快，精度理想，基本能滿足對近場語音信號的實(shí)時(shí)定位要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種使用麥克風(fēng)陣列對聲源定位的方法，該方法能夠快速對聲源定位。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種麥克風(fēng)陣列自適應(yīng)降噪控制方法，包括如下步驟:

S1:麥克風(fēng)陣列采集聲音信號;

S2:信號預(yù)處理;

S3:聲源定位;

S4:舵機(jī)控制

進(jìn)一步，信號預(yù)處理的步驟包括:

S201:預(yù)濾波:采用帶通濾波器濾波，以抑制輸入信號各頻域分量中頻率超出f_s/2（其中f_s為采樣率）的所有分量，防止混疊干擾，同時(shí)抑制50Hz的電源干擾;

S202:分幀:采用幀與幀重疊的方法，避免失幀;

S203:加窗:用窗函數(shù)w(n)乘信號s(n)，形成加窗函數(shù)s_w(n)窗函數(shù)的作用是保持幀與幀之間的連續(xù)性。

S204:計(jì)算短時(shí)能量E:若E小于門限值可認(rèn)為是噪聲，否則，進(jìn)入下一步

S205:計(jì)算短時(shí)過零率Z₀:若Z₀在門限內(nèi)，則表示檢測到語音。

進(jìn)一步，聲源定位的步驟包括:

S301:時(shí)延估計(jì)，用于計(jì)算同一聲源的信號到達(dá)2個(gè)麥克風(fēng)的時(shí)間差;

S302:位置估計(jì)，根據(jù)時(shí)延差估計(jì)值和麥克風(fēng)陣元間的幾何關(guān)系確定聲源位置。

此外，優(yōu)選的，本發(fā)明所提供技術(shù)方案中的麥克風(fēng)陣列全部由全指向麥克風(fēng)組成或者由全指向麥克風(fēng)和單指向麥克風(fēng)組成或者全部由單指向麥克風(fēng)組成。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種實(shí)施方案的系統(tǒng)示意圖；

圖2是平面四元十字陣定位原理圖；

圖3兩級放大電路設(shè)計(jì)圖；

圖4時(shí)延估計(jì)框圖；

圖5軟件設(shè)計(jì)框圖。

具體實(shí)施方式

圖1是本發(fā)明提供的一種實(shí)施方案的系統(tǒng)示意圖。本系統(tǒng)主要由麥克風(fēng)陣列、放大電路、PXI—4472數(shù)據(jù)采集卡、PXI平臺(tái)、舵機(jī)、激光筆組成。

圖2是平面四元十字陣定位原理圖。為了測出三維空間目標(biāo)的距離、方位角和俯仰角，需要有3個(gè)獨(dú)立的時(shí)延量，所以，至少需要4個(gè)麥克風(fēng)。如圖2給出了一種平面四元十字陣的幾何模型，4個(gè)陣元的坐標(biāo)分別為M₁(d，0，0)，M₂(0，d，0)，M₃(-d，0，0)，M₄(0，-d，0)。