[發明專利]用于探測和定位低強度和低頻聲源的聲學系統及相關定位方法

有效

• 申請號: 201980032263.1
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN112119642B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 弗朗切斯科·維內利;安娜麗塔·迪拉洛
• 申請（專利權）人: 萊昂納多有限公司
• 主分類號: H04R3/00
• 分類號: H04R3/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王立普

本發明涉及一種用于在調查區域中檢測和定位低強度和低頻聲源的聲學系統以及相關的定位方法。本發明提供了一種聲學系統，該聲學系統可有效地識別在災難性事件發生后被困在建筑物或類似結構的瓦礫下的幸存者，其中通過請求幫助來檢測這些人的存在和位置。該聲學系統重點關注人類聲音的低頻分量(小于1000Hz)，包括：?聲學傳感器(2)的套件(1)，用于檢測由聲源生成的聲學信號并生成表示這種聲學信號的數據；?電子接收器塊(20)，用于接收和分析表示檢測到的信號的數據；?無線通信裝置(15)，用于將表示由聲學傳感器檢測到的聲學信號的數據發送到電子接收器塊；?與電子接收器塊可操作地相關聯的處理單元(30)，被配置為：?執行套件的聲學傳感器的校準，以在時間上對齊從聲學傳感器接收到的每個信號，以及?執行數字波束成形以結合表示由聲學傳感器檢測到的聲學信號的數據并創建調查區域的聲像，以定位上述低強度和低頻聲源。

技術領域

本發明涉及一種用于檢測和定位低強度和低頻聲源的聲學系統以及相關的定位方法。

本發明尤其滿足了提供一種聲學系統的需求，該聲學系統可有效地識別在發生災難性事件(例如地震)后被困在建筑物瓦礫下的幸存者，在災難性事件中，可以通過幫助他們的請求來檢測這些被困人員的存在和位置。

背景技術

當今，許多公司提出了可在無源音頻成像領域中使用的商業聲學陣列或麥克風陣列。其中，以下幾項值得注意：Norsonic，CAE系統(CAE Systems)，聲學相機(AcousticCamera)，雙鏡攝像頭(Dual Cam)。

通過結合從各個麥克風所涉及的每個方向接收到的信號，此類聲學陣列允許修改收聽方向，而無需物理移動陣列本身。特別地，可以通過沿著光學圖像的主方向掃描由可選便攜式攝像機提供的光學圖像，來針對每個方向測量用于生成放置在光學圖像上的聲像的聲功率。

包括麥克風陣列和可選的相機或數碼便攜式攝像機的組件通常被稱為“聲學相機”。

已知類型的商業使用的聲學相機的特征在于最大孔徑，即，最大縱向尺寸為大約兩米。這樣的聲學相機被配置為足夠精確地定位具有大于2kHz的頻率的聲源。

需要使用具有更廣孔徑的聲學相機，以便精確地定位較低頻率的聲源，尤其是人的聲音。特別地，需要使用具有至少十米的孔徑的聲學相機來檢測具有大約300Hz的頻率的聲源。

可以使用稱為ACOUFIND的聲學網絡系統來檢測被困人員。此類聲學系統在以下文檔中進行了描述：Menachem Friedman，Yoram Haddad，Alex Blekhman，“ACOUFIND:Acoustic Ad-Hoc Network System for Trapped Person Detection(用于被困人員檢測的聲學Ad-Hoc網絡系統)”，IEEE微波、通信、天線和電子系統國際會議(COMCAS 2015)，2015年11月2日至4日，以色列特拉維夫。

該ACOUFIND聲學系統包含三個主要部件：

-用作麥克風傳感器的多個智能手機，以在特定的已知位置記錄聲學數據；

-計算機，該計算機從所有智能手機的錄音中收集聲學數據，然后通過處理數字信號對聲學數據進行分析以計算幸存者的位置；以及

-在智能手機和中央計算機之間建立連接的路由器。

這樣的系統沒有使用一致的聲學陣列，并且利用三角測量技術獲得了聲源的起源方向的評估。

當今特別感到需要在預設區域中實現聲學探測和弱聲源(即低強度和振幅以及低頻的聲源)定位，特別是在此類區域中發生例如地震的災難性事件之后。

如上所述，聲學相機和ACOUFIND聲學系統表示了當今可用于此目的的解決方案。

但是，這樣的已知解決方案具有局限性和缺點。