[發明專利]一種基于高精度GPS的聲源定位方法及其實現系統

有效

• 申請號: 201710507959.8
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107064878B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 王永;郭曉宇;徐輝;崔浩;倪暹
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22;G01S19/42
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊樹云

1.一種基于高精度GPS的聲源定位方法，其特征在于，包括步驟如下：

(1)在聲源定位的監控區域隨意放置麥克風組成麥克風陣列，麥克風陣列中的每個麥克風上安裝有GPS定位模塊，麥克風陣列中至少4個麥克風處于同時工作狀態且采集到有效的聲音信號；

(2)麥克風陣列中處于工作狀態的麥克風實時獲取聲音信號，麥克風陣列中處于工作狀態的麥克風上安裝的GPS定位模塊實時獲取位置信號，捕獲的位置信號為NMEA-0183格式，從位置信號中提取出時間信號與定位信號即可計算各個麥克風采集聲音信號的時間和地點，將獲取的聲音信號、時間信號和定位信號轉換為統一格式的數字信號；所述GPS定位模塊通過RTK技術實時獲取時間信號和定位信號；

(3)將步驟(2)獲取的聲音信號、時間信號和定位信號進行存儲；

(4)根據指令獲取步驟(3)中存儲的對應的數據，通過TDOA聲音定位算法計算時延，列出方程組求解聲源位置，包括聲源的經度、緯度和高度；包括步驟如下：

a、將GPS定位模塊計算的對應的四個麥克風的定位信號，包括經度、緯度、高度，從大地坐標系坐標轉換到ECEF直角坐標系下坐標中的笛卡爾坐標，轉換公式如式(IV)所示：

式(IV)中，為ECEF直角坐標系下坐標值(x_i，y_i，z_i)，為大地坐標系坐標，為緯度，λ_i為經度，h_i為高度，a為橢球長半徑，e為橢球第一偏心率；

根據式(IV)獲取對應的四個麥克風的轉換后的ECEF坐標系中的笛卡爾坐標，即(x₁，y₁，z₁)(x₂，y₂，z₂)(x₃，y₃，z₃)(x₄，y₄，z₄)；

b、根據廣義自相關函數法計算出的時延t₁₂、t₁₃、t₁₄與步驟a獲取的四個麥克風的坐標(x₁，y₁，z₁)(x₂，y₂，z₂)(x₃，y₃，z₃)(x₄，y₄，z₄)，列出非線性方程組，如式(V)所示：

式(V)中，(x，y，z)為聲源坐標；v為聲音在空氣中傳播的速度；

用牛頓迭代法求解聲源坐標(x，y，z)；

c、采用ECEF直角坐標系參數來計算聲源的大地高度、大地緯度和大地經度，ECEF直角坐標系下根據在xy平面中測量的聲源坐標與x軸之間的角度計算出聲源的大地經度λ：當x≥0時，當x＜0且y≥0時，當x＜0且y＜0時，(x，y，z)是指聲源坐標；

采用Bowring演算法，求取聲源的大地緯度，

式(VI)中，p、u均為迭代算法中所需變量，a為橢球長半徑，b為橢球短半徑；

迭代循環：

直到tan u收斂，求得大地緯度

求取大地高度h：當否則，

上式中e′為橢球第二偏心率；

通過以上計算則可得出聲源的在大地坐標系下的經緯度坐標

(5)將步驟(4)中計算的聲源位置進行顯示。