[發明專利]基于陣列麥克風的聲源跟蹤系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201811094328.9
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109151672B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 王中方;張建國;王宇威;雍洋;孫新
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04R5/027
• 分類號: H04R5/027;H04R3/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

基于列陣麥克風的聲源跟蹤系統及其控制方法，包括，包括列陣麥克風，濾波放大電路、單片機、旋轉云臺和編碼器；使用時，先用陣列麥克風進行拾音；麥克風拾音信號通過頻率采樣濾波器處理；然后經過處理的信號通過單片機的ADC進行采樣；最后采樣結束之后對采樣數據進行DOA估計，把估計出來的角度與當前云臺的角度比較，來確定是否轉動云臺以及轉動方向，從而使攝像頭或者高指向性麥克風對準聲源；本發明具有跟蹤準確的優點。

技術領域

本發明涉及聲源跟蹤技術領域,特別涉及基于列陣麥克風的聲源跟蹤系統及其控制方法。

背景技術

現有技術中，在傳統的陣列信號處理中，主要處理的是窄帶信號，窄帶信號是指帶寬遠遠小于中心頻率的信號，并且假設信號源位于陣列的遠場，因此可以使用平面波傳播理論，認為信號平行入射，各陣元接收到的信號之間沒有幅度差異，只存在傳播延時造成的相位差異傳統陣列信號處理的模型與算法都是建立在窄帶信號的條件下，可是語音信號的頻率范圍為300-3400Hz，帶寬較大，所以不能對語音信號直接進行處理。

現有的聲源跟蹤系統通過傳統的列陣信號，顯示聲源信號的采集，其缺點不能實現聲源的準確定位跟蹤。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足,本發明提供了基于列陣麥克風的聲源跟蹤系統及其控制方法，能夠估計出聲源的來波方位，從而實現目標的實時跟蹤，目標相關特征的去噪提取的功能。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

基于列陣麥克風的聲源跟蹤系統，包括列陣麥克風，濾波放大電路、單片機、旋轉云臺和編碼器；

所述的列陣麥克風的拾音信號傳遞給濾波放大電路；

所述的濾波放大電路通過濾波，放大，加偏置之后傳遞到單片機的六通道ADC進行采樣；

所述的單片機的中央處理器將計算出來的角度通過串口模塊發送指令給編碼器，控制轉動旋轉云臺。

進一步的，所述的列陣麥克風采用一定數目的麥克風按照陣列流型放置在空域中，對空域信號進行采樣，得到信源的空域采樣數據并進行處理。

進一步的，所述的單片機的中央處理器將計算出來的角度通過 LCD屏幕顯示。

基于列陣麥克風的聲源跟蹤系統的控制方法，其步驟為：

步驟一：先用陣列麥克風進行拾音；麥克風拾音信號通過頻率采樣濾波器處理；

步驟二：經過處理的信號通過單片機的ADC進行采樣；

步驟三：采樣結束之后對采樣數據進行DOA估計，把估計出來的角度與當前云臺的角度比較，來確定是否轉動云臺以及轉動方向，從而使攝像頭或者高指向性麥克風對準聲源。

所述的陣列麥克風采用一定數目的麥克風按照均勻線陣放置在空域中，對空域信號進行采樣，均勻線陣的信號平行入射，陣元間距為d,記信號波長為λ，陣元個數為N，陣列等效孔徑為：如果信號源到陣列的距離為r，則遠場條件可以簡單表示為空間采樣頻率為

所述的頻率采樣濾波器由梳狀濾波器和諧振器組成：梳狀濾波器在單位圓上有N個均勻分布的零點：即每個諧振器在單位圓上有一個極點：頻率采樣濾波器中諧振器的極點恰好各自抵消梳狀濾波器的零點，其系數就是濾波器在處的響應；將梳狀濾波器的零點和諧振器的極點同時向圓內移一點，即：保證濾波器的穩定。

所述的DOA估計的模型為：陣列麥克風各個陣元接收到的信號為：

s(t) s(T+τ) s(t+2τ) … s(t+(M-1)τ)

其中D為陣元間距，θ為入射角度，c為聲音速度， M為陣元數目，對于窄帶解析復信號，有：