[發明專利]基于聲源陣列的空間麥克風定位方法

有效

• 申請號: 201810611929.6
• 申請日: 2018-06-14
• 公開（公告）號: CN108802689B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 孫昊;陳曉輝;王碩朋;翟葆朔;張恒
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01S5/26
• 分類號: G01S5/26
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 胡安朋

本發明基于聲源陣列的空間麥克風定位方法，涉及應用聲波用多條由路徑差測量確定的位置線的配合確定信號源的位置，利用四個聲源的聲音信號、參考麥克風和各個聲源之間的固定距離實現了三維空間中的麥克風的在線定位，步驟是：聲源的四元三維陣列分布；設置參考麥克風；標記待定位麥克風；用麥克風定位單元定位待定位麥克風在空間中的位置。本發明克服了現有技術中存在的信號采集操作較繁瑣，效率較低，只能離線計算，無法實現麥克風位置的在線估計以及只針對平面的麥克風陣列進行了位置估計，無法實現空間分布麥克風的位置估計的缺陷。

技術領域

本發明的技術方案涉及應用聲波用多條由路徑差測量確定的位置線的配合確定信號源的位置，具體地說是基于聲源陣列的空間麥克風定位方法。

背景技術

伴隨著科學技術日新月異的發展，傳感器技術的應用領域逐步擴大，其所面對的工作環境也愈來愈復雜。對麥克風位置進行準確的定位，能夠幫助分布式麥克風陣列信號處理，而麥克風陣列在語音增強、聲源定位和聲源分離的應用中起著重要作用。同時，麥克風定位可以幫助解決當前機器人領域眾多問題。例如，當機器人處于未知的環境中，對自身位姿未知時，如何進行自定位和環境識別，即同時自定位和地圖構建一直都是智能機器人技術研究的熱點和難點，為了解決這一難題，從機器人聽覺系統的角度出發，確定出待定位麥克風的位置坐標，將機器人技術與機器人所處環境中的分布的麥克風位置進行有機結合，解決機器人同時自定位與構建環境地圖的問題，從而幫助實現機器人全自主移動等。因此，確定麥克風陣列中的麥克風位置是一個現今該技術領域中必須解決的技術難題。

成都電子科技大學肖華在2008年發表的《麥克風陣列的校正方法研究》中，采用三個不同位置的校正聲源來校正麥克風陣列中麥克風位置，該方法將一個聲源先后放置于三個位置，分三次進行信號的采集與計算，最后將三次計算結果融合得到麥克風位置，但該方法存在信號采集操作較繁瑣，效率較低，只能離線計算，無法實現麥克風位置的在線估計的缺陷。CN103439689B公開了一種分布式麥克風陣列中麥克風位置估計系統，該方法通過選擇三個不同頻帶的聲音信號作為三個聲源的發聲信號，在麥克風位置估計過程中一次性采集并分離出三個聲源，實現麥克風位置的在線估計，將基于能量和時延的測距方法結合使用，先后進行距離的粗、精估計，采用三角形質心算法獲取陣列中各麥克風的位置，對各種無解情況均有相應的處理，但此方法存在只針對平面的麥克風陣列進行了位置估計，無法實現空間分布麥克風的位置估計的缺陷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供基于聲源陣列的空間麥克風定位方法，利用四個聲源的聲音信號、參考麥克風和各個聲源之間的固定距離實現了三維空間中的麥克風的在線定位，克服了現有技術中存在的信號采集操作較繁瑣，效率較低，只能離線計算，無法實現麥克風位置的在線估計以及只針對平面的麥克風陣列進行了位置估計，無法實現空間分布麥克風的位置估計的缺陷。

本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：基于聲源陣列的空間麥克風定位方法，具體步驟如下：

第一步，聲源的四元三維陣列分布：

將四個聲源按照正四面體的形式空間分布，定義聲源1空間坐標為S1(x₁,y₁,z₁)，聲源2空間坐標為S2(x₂,y₂,z₂)，聲源3空間坐標為S3(x₃,y₃,z₃)，聲源4空間坐標為S4(x₄,y₄,z₄)，構建成為一個三維空間坐標系，由此完成聲源的四元三維陣列分布，并且規定在此空間分布的麥克風位置的表示都將以此坐標系為基準，上述四個聲源依次發聲，共產生四個聲音信號分別為s_i(t),其中i＝1,2,3,4；

第二步，設置參考麥克風：