[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

本發明涉及一種基于高精度GPS的聲源定位方法及其實現系統，包括步驟如下：(1)將麥克風陣列設置在監控區域的任意位置，麥克風上設置有GPS定位模塊，至少4個麥克風處于同時工作狀態；(2)麥克風實時獲取聲音信號，GPS定位模塊實時獲取時間信號和定位信號；(3)將聲音信號、時間信號和定位信號進行存儲；(4)根據指令獲取對應的數據，通過TDOA聲音定位算法計算時延，求解聲源位置，即聲源的經緯度、高度；(5)將聲源位置進行顯示。本發明將高精度GPS定位模塊與無源的聲源定位方法結合起來，GPS定位模塊來測得采集聲音信號的麥克風的位置信息，使用于采集聲音信號的麥克風陣列不再受限于固定的相對位置。

技術領域

本發明涉及一種基于高精度GPS的聲源定位方法及其實現系統，屬于聲源定位技術領域。

背景技術

聲音是信息的載體。一方面，聲音中包含具有實際內容的語音信息，另一方面，由于聲波的傳播特性，聲音中也間接包含了聲源和傳播環境的相關信息。基于上述的兩種特性，聲音信息的獲取在安全監控、區域探測、定位搜尋等領域具有不可替代的作用。

早先對于未知目標的探測定位多是通過無線電、超聲、激光等主動式方式進行，具有高精度抗干擾的優點。但主動方式由于需要發射信號，也有功耗高、暴露自身位置等使用限制。而聲源定位采用被動式原理，隱蔽性較強，且不受能見度的影響，白天晚上都可以進行工作。聲源定位在近場探測應用中有較高的精度，既可以單獨構成系統使用，也可以為其它監控定位系統提供輔助信息，因而得到了廣泛的關注和應用。

現階段聲源定位的算法主要有信號到達角度測量算法(Angle of Arrival，AOA)、信號到達時間測量算法(Time of Arrival，TOA)、信號到達時間差測量算法(TimeDifference of Arrival，TDOA)、接收信號強度指示算法(Received Signal StrengthIndication，RSSI)。現階段的算法對麥克風陣列位置的放置均有所要求，并且只能求解出聲源和麥克風陣列的相對位置，給實際應用過程帶來了諸多的不便。

衛星定位技術自1958年美國建立子午衛星系統以來，60年間獲得了蓬勃的發展。GPS、GLONASS、Galileo及中國北斗的建立，使得衛星定位在現代社會中發揮著越來越大的作用。隨著技術的不斷革新，定位系統的精度也逐步提高，采用載波相位差分技術(CarrierPhase Measurement，又稱Real Time Kinematic，RTK)的定位系統可以達到毫米級的定位精度。

中國專利文獻CN106019232A公開了一種聲源定位系統和方法，所述系統包括全向麥克風、指向麥克風和定位單元。全向麥克風用于采集第一聲音信息。指向麥克風用于采集第二聲音信息。定位單元用于根據第一聲音信息和第二聲音信息定位聲源在預定的第一平面中的兩處疑似位置，并根據第二聲音信息的幅度信息在兩處疑似位置中確定聲源的位置。其中，全向麥克風和指向麥克風位于第一直線上，指向麥克風不指向第一直線所在的、垂直于第一平面的第二平面。該專利存在以下缺陷：1.采用兩種不同類型的麥克風，采集聲音信號的差異容易引入較大的誤差；2.需要通過聲音信號的幅度來進行聲源位置預估和篩選，對采集聲音的環境要求和放大器的精度要求較高。

中國專利文獻CN104181506A公開了一種基于改進PHAT加權時延估計的聲源定位方法，由麥克風陣列采集4路聲音信號，通過A/D采樣電路轉化為數字信號，并通過改進的PHAT加權廣義互相關函數法進行時延估計算法處理，獲得時延估計值，再結合放置的麥克風陣列空間位置，利用迭代法解非線性方程組，從而得到聲源的相對位置。該專利存在以下缺陷：1.聲源定位要基于固定的麥克風陣列，需提前預知麥克風所在坐標位置；2.計算出的位置坐標為基于麥克風陣列建立坐標系下的坐標值，在某些需要地圖顯示的應用場景中十分不便。

發明內容

為了克服現有聲源定位方案中麥克風陣列相對固定，只能計算聲源基于自建坐標系下相對位置的不足，本發明提出了一種基于高精度GPS的聲源定位方法；