[發明專利]一種基于改進的自適應陷波器的室內聲源定位方法

有效

• 申請號: 202011471005.4
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112666521B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 陳雪怡;江鵬;鎖應博;韓震;付重陽;張宇
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22;G06F17/14
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡琦旖

1.一種基于改進的自適應陷波器的室內聲源定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、獲取室內的高度信息，根據布設在室內的四元麥克風陣列得到聲源的相對方位信息；

步驟2、根據所述室內的高度信息、所述聲源的相對方位信息構建聲源位置信息方程，將第一兩陣元相位差、第二兩陣元相位差作為所述聲源位置信息方程的待定值；

步驟3、在自適應陷波器中加入快速傅里葉變換模塊、快速傅立葉反變換模塊，得到改進的自適應陷波器，利用所述改進的自適應陷波器計算得到所述第一兩陣元相位差、所述第二兩陣元相位差的確切值，并代入至所述聲源位置信息方程，得到聲源的三維位置信息；

其中，所述改進的自適應陷波器采用快速傅里葉變換將四元麥克風陣列采集到的聲源信號變換為頻域信號，對所述頻域信號進行濾波得到頻域濾波信號，對所述頻域濾波信號進行快速傅立葉反變換得到時域信號，所述時域信號作為所述第一兩陣元相位差、所述第二兩陣元相位差的確切值。

2.根據權利要求1所述的基于改進的自適應陷波器的室內聲源定位方法，其特征在于，所述步驟1中，通過激光測距得到所述室內的高度信息；所述聲源對應的載波頻率f滿足以下條件：f＜c/2d；其中，c表示聲速，d表示四元麥克風陣列中位于對角線的兩個麥克風之間的間距。

3.根據權利要求1所述的基于改進的自適應陷波器的室內聲源定位方法，其特征在于，所述步驟1中，根據布設在室內的四元麥克風陣列得到聲源的相對方位信息的具體實現方式為：

獲取所述四元麥克風陣列對應的四路接收信號的波形圖；根據所述波形圖，得到四路接收信號相互之間的相位差信息；根據所述相位差信息得到所述聲源的相對方位信息。

4.根據權利要求1所述的基于改進的自適應陷波器的室內聲源定位方法，其特征在于，所述步驟2中，所述聲源位置信息方程如下式所示：

x＝Rcosα

y＝Rcosβ

式中，R為聲源位置S至四元麥克風陣列中心點O的距離，設四元麥克風陣列O-ABCD載體坐標系為系統坐標系(x,y,z)，以四元麥克風陣列水平面上的A陣元至C陣元的方向為x軸負向，B陣元至D陣元的方向為y軸負向，四元麥克風陣列中心點垂直向下為z軸正向，x、y、z分別為x軸坐標值，y軸坐標值，z軸坐標值；α為四元麥克風陣列中心點O和聲源位置S之間的徑向矢量與x軸的夾角；β為徑向矢量與y軸的夾角；T為聲波到達時間；c為聲波在介質中的傳播速度。

5.根據權利要求4所述的基于改進的自適應陷波器的室內聲源定位方法，其特征在于，所述步驟2中，設第一系數第二系數則有：

z＝h?????(3)

式中，d為同軸線上兩個陣元之間的間距；λ為聲源的波長；h為聲源距離四元麥克風陣列中心點的垂直高度；為A陣元與C陣元之間的相位差，記為第一兩陣元相位差；為B陣元與D陣元之間的相位差，記為第二兩陣元相位差。

6.根據權利要求5所述的基于改進的自適應陷波器的室內聲源定位方法，其特征在于，所述步驟3中，利用所述改進的自適應陷波器計算得到所述第一兩陣元相位差、所述第二兩陣元相位差的確切值的具體實現方式為：

估計出信號頻率與量化頻率點的偏離程度，根據所述偏離程度對四元麥克風陣列采集到的所述聲源信號進行頻移；其中，所述信號頻率為對所述聲源信號進行快速傅里葉變換后得到的所述頻域信號中最大的頻率，所述量化頻率點為獲取實際的信號頻率，并對聲源信號得到的頻域信號周圍非信號頻率進行帶通濾波，得到無其他干擾頻率的降噪聲源信號；

對頻移后的信號進行頻域濾波，對處理后的頻域濾波信號進行快速傅立葉反變換重構時域信號；

根據降噪后的時域信號進行相關計算得到每個麥克風接收信號的相位偏差，相位偏差均是針對同一陣元互相關運算得到的，利用自適應算法對所述第一系數、所述第二系數進行自適應更新，進行位置坐標計算，得到所述第一兩陣元相位差、所述第二兩陣元相位差的確切值。