[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

本發明屬于導航定位技術領域，公開了一種基于改進的自適應陷波器的室內聲源定位方法，包括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；根據室內的高度信息、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；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，利用改進的自適應陷波器計算得到第一兩陣元相位差、第二兩陣元相位差的確切值，并代入至聲源位置信息方程，得到聲源的三維位置信息。本發明解決了現有技術中室內聲源定位的精度較低的問題，能夠提高室內聲源定位精度。

技術領域

本發明涉及導航定位技術領域，尤其涉及一種基于改進的自適應陷波器的室內聲源定位方法。

背景技術

在高度智能化、信息化特點的智慧城市逐漸受到人們的青睞時代，室內定位成為智慧城市不可或缺的組成部分。雖然全球導航衛星系統(Global?Navigation?SateliteSystem，GNSS)具備cm級的定位精度，但由于衛星信號無法穿透建筑物，信號在室內環境嚴重衰弱，傳統室外定位方式并不能滿足人們對室內導航、定位與跟蹤的需求。

室內定位中采用的其中一種方式為麥克風陣列的聲源定位，其中通過采用改進互功率譜相位方法實現麥克分陣列的聲源定位，獲得距離定位的誤差精度低于±20cm。而基于改進的PHAT-GCC方法，實現在低信噪比情況下能有效抑制噪聲銳化峰值，從而提高聲源定位給精度。但以上方式的信號源均為寬帶信號。因此，以上方法均采用了廣義互相關時延估計方法，屬于寬帶信號的聲源定位方式，該方法缺點在于受混響和噪聲干擾較強，若對信號噪聲處理不當，將引起定位精度的極大降低。

發明內容

本發明通過提供一種基于改進的自適應陷波器的室內聲源定位方法，解決了現有技術中室內聲源定位的精度較低的問題。

本發明提供一種基于改進的自適應陷波器的室內聲源定位方法，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。

優選的，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。

優選的，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。

優選的，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