[發明專利]一種基于矢量傳感器的聲源定位方法

在審

• 申請號: 202111454759.3
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN114488009A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 梁增濤;段飛;張奇
• 申請（專利權）人: 南京惠斯通智能科技有限責任公司
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20
• 代理公司: 鎮江信眾合一專利代理事務所(普通合伙) 32407
• 代理人: 黃青

本發明提供了一種基于矢量傳感器的聲源定位方法，包括：由單個三維矢量傳感器實現的聲源定向方法，以及由不少于兩個的三維矢量傳感器實現的聲源定位方法。本發明設計一種由單個聲矢量傳感器進行聲源定位的方法，通過單個三位聲矢量傳感器采集聲源的音頻信號，三個軸向的聲質點振速信號與聲壓信號結合計算三軸向獲取聲強信號，通過空間三角運算方法，獲取準確定位結果。利用兩個以上的聲矢量傳感器進行定位時，該方法將具有更強的魯棒性和準確性。

技術領域

本發明涉及一種多維空間的聲源矢量定位方法，屬于聲學領域，具體地說，涉及一種基于矢量傳感器的聲源定位方法。

背景技術

聲源定位技術廣泛應用于現代化文明城市建設的安全防護設施設備中，能夠保證社會和諧、人民安居樂業。比如城市交通管理中應用聲源定位技術實現的違法鳴笛抓拍系統；公共安全建設中由聲源定位技術實現對異常事件中伴隨的爆炸聲、碎玻璃聲等進行警報。

傳統的方法是通過聲壓型傳聲器陣列，采用波束形成的算法實現定位，該方法的有效帶寬受到陣列尺寸的限制，易受環境噪聲影響，需要獲取背景噪聲以及目標聲源信號的先驗知識，但是在實際應用環境中，目標聲源以及噪聲的先驗知識難以獲取。

進入21世紀以來，科學家們研制出能測量出質點振速的傳感器，從而獲得聲場的矢量信息。由于質點振速具有指向性，所以天然上具有抑制環境噪聲的應用優勢。相比聲壓型麥克風陣列，聲矢量傳感器具有尺寸小、算法簡單、運算量小、不易受背景噪聲影響的優點。因此，針對這種矢量聲學傳感器在空間中的定位方法是一個值得研究的方向。

發明內容

本發明提供一種基于矢量傳感器的聲源定位方法，解決現有技術的不足。

本發明設計一種由單個聲矢量傳感器進行聲源定位的方法，通過單個三位聲矢量傳感器采集聲源的音頻信號，三個軸向的聲質點振速信號與聲壓信號結合計算三軸向獲取聲強信號，通過空間三角運算方法，獲取準確定位結果。利用兩個以上的聲矢量傳感器進行定位時，該方法將具有更強的魯棒性和準確性。

所述單個聲源定位方法：利用矢量傳感器采集4個通道，聲壓p(t)以及正交的三維振速分量v_x(t)、v_y(t)、v_z(t)，各通道接收的信號表示為：

對接收的聲壓與三個方向的質點振速信號分別進行互譜聲強計算得到坐標系內三個軸向的聲強為：

其中，為目標聲源信號的聲強，α為水平方位角，θ為俯仰角(以xoy 水平面為0°)，表示為向量形式

1、二維平面定向：

對于二維平面，聲源水平方位角α的角度范圍為[0,2π]。聲源俯仰角θ的角度范圍為[0,2π]。計算聲壓與振速分量分別計算三個方向的聲強分別為I_x、I_y、I_z，獲得聲源的方位角α為：

2、三維空間定向：

首先，由二維平面定位方法，將得到的方位角作為偏轉角。同時，獲得聲源的俯仰角θ為：

結合偏轉角與俯仰角，則可以得到三維空間聲源目標的定位方向。

3、空間定位方法：

采用多個接收目標，根據多個接收目標的定位方向，則可以計算得出目標聲源的方位角與距離，從而實現在空間的目標聲源定位。