[發(fā)明專利]一種基于到達角度和聲音強度匹配的聲源定位方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113376578A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設計）人: 李新;李征宇;趙宇迪;施侃
• 申請（專利權）人: 上海數川數據科技有限公司
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 宿遷市永泰睿博知識產權代理事務所(普通合伙) 32264
• 代理人: 劉慧

本發(fā)明涉及聲源定位技術領域，尤其為一種基于到達角度和聲音強度匹配的聲源定位方法及系統(tǒng)，其方法包括如下步驟：聲音傳感器通過內置麥克風陣列對周邊聲源信號進行采集，輸出在二維空間各個方向角度上的聲音信號強度向量（簡稱聲強向量）序列；本發(fā)明使用軟件算法實現(xiàn)多個聲音傳感器采集數據之間的同步，因而在實施時無須使用復雜的數字信號處理及時間同步技術，可有效降低設備成本，利用聲音能量衰減模型實現(xiàn)對聲源信號的匹配和識別，可以有效捕捉有效聲源，實現(xiàn)對環(huán)境噪音的過濾，且聲源定位算法簡單有效，聲音傳感器部署方便靈活，可通過增加聲音傳感器密度進一步提高聲源定位精度，同時系統(tǒng)的容錯能力強、可靠性高。

技術領域

本發(fā)明涉及聲源定位技術領域，具體為一種基于到達角度和聲音強度匹配的聲源定位方法及系統(tǒng)。

背景技術

聲源定位技術是利用麥克風對語音信號進行拾取，并應用數字信號處理技術對語音信號進行處理，從而確定聲源相對于麥克風的位置。聲源定位技術在視頻會議系統(tǒng)、環(huán)境噪音檢測、機器人語音識別等領域有廣泛應用和研究前景。

目前聲源定位技術可分為三類：到達時間差(TDOA：Time Difference ofArrival)定位方法，到達角度(AOA：Angle of Arrival) 定位方法，以及接收信號強度定位方法。

到達時間差方法又稱為雙曲線方法，其原理是計算聲源到達多個麥克風的時間差，利用雙曲線上的點距其兩個焦點的距離之差為常數這一性質，以麥克風位置為焦點，以雙曲線擬合聲源位置，利用兩個麥克風對得到兩個擬合雙曲線的交點，該交點即為聲源的位置。該方法實現(xiàn)簡單，計算量小，但是對于麥克風的部署距離以及信號處理時間同步精度要求高，且抗噪音及抗混響能力較差。

到達角度定位方法使用麥克風陣列對聲源進行定位。麥克風陣列是由多個麥克風按一定幾何結構進行排列的設備，它具有很強的空間選擇性，因此可以探測到聲源在空間中的方向信息。在二維平面空間中，利用已知位置的兩個麥克風陣列可以得到被測聲源的兩條來源方向直線，則這兩條直線的交點即為被測聲源的位置。該方法實現(xiàn)簡單，但是對麥克風陣列的時鐘同步要求高，且難以對瞬時噪音進行有效區(qū)分，抗干擾能力較差。

接收信號強度方法利用聲音信號在空間中傳播的能量衰減模型，通過部署在不同位置的多個聲音傳感器對聲源信號強度進行采集，即可得到一組以聲音傳感器位置為圓心的聲源估算位置，則多個估算位置圓的交點即為聲源的位置。該方法以能量特征對聲源進行識別，對噪音過濾能量較強，但實現(xiàn)較復雜。因為聲音信號強度受環(huán)境影響較大，在非理想環(huán)境下定位誤差較大。

綜上，本發(fā)明提出了一種基于到達角度原理，結合聲音信號衰減特征，在二維平面空間對聲源進行連續(xù)識別和定位的方法及系統(tǒng)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于到達角度和聲音強度匹配的聲源定位方法及系統(tǒng)，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種基于到達角度和聲音強度匹配的聲源定位方法，其方法包括如下步驟：

S1：聲音傳感器通過內置麥克風陣列對周邊聲源信號進行采集，輸出在二維空間各個方向角度上的聲音信號強度向量(簡稱聲強向量)序列；

S2：聲音傳感器通過內置無線網絡發(fā)送單元將麥克風陣列采集到的聲強向量序列實時發(fā)送到計算平臺；

S3：計算平臺對接收到的聲源信號信息進行存儲，根據已知的聲音傳感器的位置坐標，結合接收到的聲音傳感器設備ID、聲強向量序列、接收時刻時間戳信息，執(zhí)行聲源定位算法，對聲源進行識別并計算出聲源的位置坐標，計算結果可實時輸出到顯示界面展示，或者通過數據通信接口對外輸出。

優(yōu)選的，所述步驟S2中，聲音傳感器分別將探測到的聲強向量，連同自身設備ID組成數據包發(fā)往計算平臺。