[發明專利]基于聲音信號到達時間差的最小二乘測向方法

在審

• 申請號: 201711069287.3
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107861096A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 崔遜學;王金根;侯東升;陳治平;陳代梅;高浩珉;趙根保;汪海
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍炮兵防空兵學院
• 主分類號: G01S3/802
• 分類號: G01S3/802
• 代理公司: 合肥金安專利事務所34114
• 代理人: 彭超

1.基于聲音信號到達時間差的最小二乘測向方法，其特征在于，包括如下步驟：

聲音傳感器部署步驟：

在所需的區域內部署聲音傳感器陣列，設定其中一個聲音傳感器為基準傳感器；

基礎數據采集步驟：

獲取各聲音傳感器之間的距離和角度值，并轉換為各聲音傳感器三維坐標；利用所述聲音傳感器陣列采集聲音信號；

到達時間差估計步驟：

根據采集的聲音信號，先濾除脈沖聲波中的環境噪聲，再以基準傳感器作為測量時間基準，采用傳統的波峰差值法或互相關法，估計出各傳感器相對于所述基準傳感器到達時間差；

聲音信源方向計算步驟：

(1)根據線性最小二乘測向法自變量之間存在的約束關系，粗略估計三維空間的聲波方向涉及聲源的方位角和俯仰角；

(2)計算確定拉格朗日乘子的數值；

(3)構建基于聲音信號到達時間差的非線性約束優化測向模型，采用拉格朗日乘子法求解該模型，得到包含三個子元素的聲音信源方向矢量估計值。

2.根據權利要求1所述的基于聲音信號到達時間差的最小二乘測向方法，其特征在于：在所述聲音傳感器部署步驟中，所述陣列中的各聲音傳感器分別通過有線電纜連接至數據采集器；

在所述基礎數據采集步驟中，利用全站儀精確測量各聲音傳感器之間的距離和角度值。

3.根據權利要求2所述的基于聲音信號到達時間差的最小二乘測向方法，其特征在于，在所述基礎數據采集步驟中，采集聲音信號的方法具體為：

通過終端計算設備對所述數據采集器進行操控；利用所述數據采集器控制和觸發各聲音傳感器對聲波進行探測，同步采集聲源信號；并對所述聲源信號進行數模轉換和增益放大處理，再通過所述采集器獲取處理后的聲音信號。

4.根據權利要求3所述的基于聲音信號到達時間差的最小二乘測向方法，其特征在于，所述終端計算設備為筆記本電腦；所述數據采集器為多通道測量系統。

5.根據權利要求1所述的基于聲音信號到達時間差的最小二乘測向方法，其特征在于，所述聲音信源方向計算步驟還包括：

(4)分別計算步驟(3)中獲得的各個聲波方向估計值，計算聲波方向矢量的三個元素平方之后的累加和，統計該累加和的值偏離約束恒定值1的多少，以此作為違反約束條件的程度大小，將違反程度小者作為新的聲波方向估計值；

(5)重新執行步驟(2)至步驟(4)，再次獲得并輸出精確的聲源方位角和俯仰角估計值。