[發(fā)明專利]一種采用聽音定位技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)軌跡的方法

在審

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• 申請日: 2020-07-14
• 公開（公告）號(hào): CN111812586A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳文兵;車文剛
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/20
• 分類號(hào): G01S5/20
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

一種采用聽音定位技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，涉及軍事、無人駕駛、智能機(jī)器人等技術(shù)領(lǐng)域。包括如下步驟：(1)用空間幾何數(shù)學(xué)模型、傳播過程中音強(qiáng)與聲音傳播距離的平方成反比、以及能量守恒定理等三種不同的方法建立微分方程來求解聲源點(diǎn)(p)到各支麥克風(fēng)(M_i)的距離d_i；(2)設(shè)計(jì)麥克風(fēng)數(shù)量少且運(yùn)算量小的克風(fēng)分布樹Tr；(3)采用最小二乘法從誤差解集合中確定最優(yōu)聲源點(diǎn)位置p_i；(4)由惠更斯原理采用回聲定位方法確定各支麥克風(fēng)的相對位置；(5)隨機(jī)采樣已解聲源點(diǎn)的位置來擬合目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)曲線。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)軌跡監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用聽音定位技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)軌跡的方法。

背景技術(shù)

聽音定位模型在軍事、商業(yè)上都有很重要的用途。我們希望把聽音定位模型用在人工智能方向，由于圖像在拍攝過程受到多種不定因素的影響，并且對圖像的處理和分析技術(shù)難度高，數(shù)據(jù)量較大，即使近來比較火熱的深度學(xué)習(xí)方法也受到數(shù)據(jù)多樣性和計(jì)算量大等特點(diǎn)的限制。因此，聽音定位模型可以簡化一些在三維空間上難于分析的問題，如自動(dòng)駕駛技術(shù)、機(jī)器人工作等方面。同時(shí)此項(xiàng)技術(shù)和醫(yī)學(xué)技術(shù)相結(jié)合可以改善殘疾人的生活方式。

和已經(jīng)存在的回聲定位方法相比，聽音定位技術(shù)不用靠探測物體主動(dòng)發(fā)出聲音再接受回聲來計(jì)算目標(biāo)物體的位置，其原理和動(dòng)物利用耳朵分辨聲源方位一樣，靠兩個(gè)和兩個(gè)以上不同位置的麥克風(fēng)接受到的聲音來判斷聲源的方位。本專利主要從幾何數(shù)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、能量守恒定理等不同理論方向建立微分方程式分析問題，利用最小二乘法改進(jìn)了DTOA算法的誤差優(yōu)化方式。最后，通過麥克風(fēng)樹隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)采樣的聲音來擬合出目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，節(jié)約資源，減少運(yùn)算量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種采用聽音定位技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，可以實(shí)現(xiàn)任意密閉空間中物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種采用聽音定位技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，包括以下步驟：(1)采用三種不同的方法建立微分方程來求解聲源點(diǎn)p到各支麥克風(fēng)M_i的距離d_i，1)、空間幾何數(shù)學(xué)模型，2)、傳播過程中音強(qiáng)與聲音傳播距離的平方成反比，3)能量守恒定理；(2)設(shè)計(jì)麥克風(fēng)數(shù)量少且運(yùn)算量小的克風(fēng)分布樹Tr；(3)采用最小二乘法從誤差解集合中確定最優(yōu)聲源點(diǎn)位置p_i；(4)由惠更斯原理采用回聲定位方法確定各支麥克風(fēng)的相對位置；(5)隨機(jī)采樣已解聲源點(diǎn)的位置來擬合目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)曲線以便做預(yù)測減少計(jì)算量。

進(jìn)一步具體包括如下步驟：

(1)求解聲源點(diǎn)p到各支麥克風(fēng)M_i的距離d_i

在空間直角坐標(biāo)系中已知若干點(diǎn)的坐標(biāo)M_i(x_i,y_i,z_i)求未知點(diǎn)p(x,y,0)，利用已知點(diǎn)M到點(diǎn)p距離d_i建立一個(gè)方程組來解出兩個(gè)未知量x和y，未知點(diǎn)p就是兩個(gè)方程曲線的交點(diǎn)；

1)用空間幾何數(shù)學(xué)模型求解d_i,1：

設(shè)n只麥克風(fēng)M₁,M₂,…,M_n分別接收到同一聲源信號(hào)的時(shí)刻為t_i，則M_i和M₁接收到同一聲源發(fā)出信號(hào)的時(shí)間差：

t_i,1＝|t_i-t₁| (9)