[发明专利]无需时间同步的声音定位系统及方法

权利要求书

1.一种无需时间同步的声音定位系统，其特征在于，包括：

待定位节点，对外发出声源信号；

两个以上的接收器，分为基准接收器和信标接收器两种，录制所述待定位节点发出的声源信号以及所述基准接收器对外发出的后继声源信号，并将录制结束后的录音数据输出给服务器；

服务器，接收各接收器输出的录音数据，并依据该录音数据计算出待定位节点的位置并将其显示在服务器界面上；以及，

无线AP，构建所述待定位节点，接收器和服务器组成的无线局域网络。

2.根据权利要求1所述无需时间同步的声音定位系统，其特征在于，所述接收器由喇叭，麦克风和无线连接器构成。

3.根据权利要求1所述无需时间同步的声音定位系统，其特征在于，所述的服务器包括通信和收发数据模块以及数据处理和计算模块；其中，

所述通信和收发数据模块，用于向接收器发送控制指令，以及接收各接收器输出的录音数据；

所述数据处理和计算模块，用于分析传送到服务器的录音数据，通过相关计算和取峰值的计算得到TDOA和最终定位结果。

4.一种无需时间同步的声音定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)接收器录音开始，待定位节点t时刻对外发出声源信号；

(2)基准接收器t’时刻对外发出后继声源信号；

(3)录音结束后，接收器将录制的声源信号和后继声源信号组成的录音数据发送给服务器；

(4)服务器接收到录音数据后，对其进行数据处理并计算出待定位节点的定位结果。

5.根据权利要求4所述无需时间同步的声音定位方法，其特征在于，其中，步骤(4)包括以下几个步骤：

4.1服务器接收到录音数据后，基于采样点计数的方法查找出声源信号到达接收器时对应的采样点i，以及后续声源信号到达接收器时对应的采样点j，并计算出此接收器的TD2S值；

4.2基于多数决定的方法，去除异常地TD2S值；

4.3依据TD2S值计算TDOA值；

4.4由TDOA值计算出待定位节点的定位结果。

6.根据权利要求4所述无需时间同步的声音定位方法，其特征在于，步骤4.2中所述的多数决定的方法的实现步骤如下：

4.2.1设接收器A与接收器B均录制了待定位节点t时刻对外发出声源信号和基准接收器t’时刻对外发出后继声源信号；

4.2.2分别计算出接收器A和接收器B的TD2S值，并建立接收器A和接收器B的TD2S值关系式：

|Δ_TD|＝|TD2S_A-TD2S_B|≤2d_AB/V；

4.2.3假设各个接收器之间的最大距离为D，则有|Δ_TD|≤2D/V；

4.2.4将所有接收器的TD2S值组成一个集合S；

4.2.5假设大部分接收器的TD2S值均是正确的，将集合S中的元素分为以下三类：

一类：该类中任意两个元素a，b，均有|a-b|＜2D/V；

二类：该类中任意一元素c和(1)类中的任意一元素d，均有|c-d|＞2D/V；

三类：其他元素；

4.2.6设二类元素均为异常值。

7.根据权利要求4所述无需时间同步的声音定位方法，其特征在于，步骤4.3具体实现如下：

4.3.1若C为基准接收器，D为信标接收器，则声源信号S分别于t_C1和t_D1到达C和D，C在t_C3时刻从喇叭发出后继声源信号S’，然后S’分别在t_C4和t_D3时刻到达C和D，得出：

TD2S_C＝t_C4-t_C1，TD2S_D＝t_D3-t_D1

对C和D之间的TDOA值有：

TDOA_CD＝t_C1-t_D1＝d_CD/V-TD2S_D+TD2S_C-d_CC/V

其中，d_CD和d_CC分别代表C的喇叭到D的麦克风之间的距离和C的喇叭到C的麦克风之间的距离，V为该场景下声音在空气中的传播速度：V＝331.3+0.6*theta，其中theta是该场景下的温度；

4.3.2若C，D均不是基准接收器，则C和D之间的TDOA值有：TDOA_CD＝TDOA_CE-TDOA_DE，其中，TDOA_CE为C与基准接收器E之间TDOA值，其计算方法同步骤4.3.1，TDOA_DE为D与基准接收器E之间TDOA值，其计算方法同步骤4.3.1。