[發(fā)明專利]一種三平面五元傳聲器陣列的聲源定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811060355.4
• 申請(qǐng)日: 2018-09-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109164416B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 行鴻彥;楊旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/22
• 分類號(hào): G01S5/22
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發(fā)明公開(kāi)了一種三平面五元傳聲器陣列的聲源定位方法，具體步驟包括建立三平面五元傳聲器陣列模型；根據(jù)聲源幾何定位原理，推導(dǎo)單一五元傳聲器陣列聲源方位計(jì)算公式；分別將平面陣列定位得出的兩個(gè)俯仰角正弦、余弦值作為復(fù)合加權(quán)系數(shù)；引入三平面五元傳聲器陣列的聲源定位方法計(jì)算出最終聲源球坐標(biāo)。本發(fā)明將融合算法運(yùn)用到聲源定位中，建立三平面五元傳聲器陣列進(jìn)行研究，能夠解決單面陣列容易出現(xiàn)的測(cè)量方位模糊問(wèn)題，可以有效降低空間聲源處于極端角度時(shí)對(duì)聲源定位精度和穩(wěn)定性的影響，大大提高聲源定位的精確度和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聲源定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三平面五元傳聲器陣列的聲源定位方法。

背景技術(shù)

信號(hào)是表示消息的物理量，人類可以通過(guò)信號(hào)收集環(huán)境中的重要信息，尤其是聲源信號(hào)，它是由物體振動(dòng)而發(fā)生的聲波，也是聲波通過(guò)任何物質(zhì)傳播形成的運(yùn)動(dòng)。聲音作為一種波，頻率在20Hz到20kHz之間的聲音是可以被人耳識(shí)別的。因此，可通過(guò)接收聲源信號(hào)并引入算法對(duì)目標(biāo)聲源進(jìn)行定位。傳聲器陣列具有消除噪聲和目標(biāo)跟蹤等功能，也可以用于被動(dòng)接收聲信號(hào)，使得采集聲源信號(hào)進(jìn)行研究變得富有實(shí)際意義。傳聲器陣列系統(tǒng)就是將一定數(shù)量的傳聲器按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擺放而組成的系統(tǒng)，對(duì)接收到來(lái)自不同方向的空間聲信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。近些年，隨著傳聲器、物理學(xué)、數(shù)學(xué)和信號(hào)處理等學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳聲器陣列的聲源定位技術(shù)已得到國(guó)內(nèi)外科研人員的廣泛關(guān)注，開(kāi)展了對(duì)傳聲器陣列設(shè)計(jì)和聲源定位算法編寫(xiě)的聲探測(cè)技術(shù)研究工作。

國(guó)內(nèi)方面，居太亮等人結(jié)合遠(yuǎn)場(chǎng)窄帶信號(hào)的子陣算法和麥克風(fēng)陣列信號(hào)處理的特點(diǎn)，提出麥克風(fēng)陣列的聲源三維定位子陣算法,把陣列分成兩個(gè)位置不同的子陣并調(diào)節(jié)其位置,利用兩個(gè)子陣的互相關(guān)矩陣,實(shí)現(xiàn)了聲源定位。吳曉平等人通過(guò)分析聲音能量距離衰減模型,提出約束線性最小二乘法以提高定位精度，對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)存在高斯噪聲下定位計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)，減小聲音定位誤差。

估計(jì)到達(dá)時(shí)延會(huì)產(chǎn)生誤差，測(cè)距測(cè)向誤差難以避免，特別當(dāng)水平角和俯仰角處在零或九十度的極端角度附近時(shí)，誤差會(huì)表現(xiàn)地更加明顯，這容易對(duì)聲源定位精度和穩(wěn)定性造成較大影響。

所以，需要一種新的技術(shù)方案來(lái)解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種三平面五元傳聲器陣列的聲源定位方法，能夠解決單面陣列易出現(xiàn)測(cè)量方位模糊問(wèn)題，有效減小空間聲源處于極端角度時(shí)，對(duì)聲源定位精度和穩(wěn)定性的影響，并且將融合算法運(yùn)用到聲源定位中，建立三平面五元傳聲器陣列進(jìn)行研究，以提高聲源定位的精確度和穩(wěn)定性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種三平面五元傳聲器陣列的聲源定位方法，包括如下步驟：

S1：建立包含X0Y、X0Z、Y0Z三個(gè)平面的五元立體傳聲器陣列模型；

S2：分別計(jì)算聲源S通過(guò)X0Y、X0Z和Y0Z三個(gè)平面內(nèi)的傳聲器陣列得到的球坐標(biāo)S₀、S₁和S₂；

S3：基于S₀、S₁和S₂，利用融合算法計(jì)算得到聲源S的球坐標(biāo)。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中建立的三平面五元傳聲器陣列模型具體如下：

S1中的三平面五元傳聲器陣列模型包括7個(gè)傳聲器，分別是M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6，其中，M0位于原點(diǎn)(0,0,0)處，以M0為基準(zhǔn)傳聲器，其余6個(gè)傳聲器坐標(biāo)分別為:M1(a，0，0)、M2(0，a，0)、M3(-a，0，0)、M4(0，-a，0)、M5(0，0，a)、M6(0，0，-a)，a為上述六個(gè)傳聲器與坐標(biāo)原點(diǎn)之間的距離；

X0Y平面內(nèi)的4個(gè)傳聲器M1、M2、M3、M4與M0為第一個(gè)單面五元傳聲器陣列；

X0Z平面內(nèi)的4個(gè)傳聲器M1、M3、M5、M6與M0為第二個(gè)單面五元傳聲器陣列；