[发明专利]基于麦克风阵列的声源定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及声源的定位方法技术领域，尤其涉及一种基于麦克风阵列的声源定位方法。

背景技术

阵列信号处理已经广泛应用于通信、雷达、声纳、医学和航空航天等诸多领域。近年来，随着反恐战的开展，各国已经研制了各种探测爆炸点或枪炮射击点位置的设备。在实际应用中，由于视觉定位往往不易实现，从而发展了一些声学定位的系统。

一般来说，常用的声源定位算法有三种：基于波束成型的方法、基于高分辨率谱估计的方法、基于波达时延差的方法。基于波束成型的方法通过对麦克风阵列接收信号进行滤波、加权求和，直接控制麦克风阵列指向使波束具有最大输出功率的方向，可在声源多于一个的条件下对多声源进行定位，但存在对初值敏感的问题。另外，需要知道声源和噪声的先验知识，该方法存在计算量大，不利于实时处理等缺点。

基于高分辨率谱估计的方法在理论上可以对声源的方向进行有效估计，但由于该方法是针对窄带信号，因此若要获得较理想的精度，就要付出很大的计算量代价。此外，这些算法无法处理高度相关的信号，因此，混响会给算法的定位精度带来较大影响。

基于时延估计的方法是利用广义互相关等时延估计算法求出信号到阵列不同麦克风的相对时延，并利用时延信息与麦克风阵列的空间位置关系估计声源位置。该方法计算量小，易于实时实现，近年来得到了高度的重视。但是上述三种方法对声源定位的准确度较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于麦克风阵列的声源定位方法，所述方法能够准确的对声源进行定位。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于麦克风阵列的声源定位方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在头盔的外侧安装麦克风阵列；

2）声源发出高低频声波；

3）测量穿透头盔并到达头盔后侧麦克风的高频声波强度；

4）对比声源发出的高频声波强度与直接穿透头盔后到达麦克风的高频声波强度；

5）根据高频声波衰减前后的强度差和距离的关系对声源进行第一次定位；

6）低频声波发生衍射后到达头盔后侧的麦克风；

7）测量声源发出低频声波与麦克风收到低频声波的时间差；

8）利用时延差方法对声源进行第二次定位；

9）综合第一次与第二次定位的结果对声源进行最终定位。

优选的，所述步骤9）为，对第一次定位结果和第二次定位结果取平均值得到最终的定位结果。

优选的，通过对若干个麦克风进行测量取平均值的方法得到最终定位结果。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法在头盔上安装麦克风阵列，由于声源信号的频率不同，所走的路径也不相同，其中高频声源可以穿过头盔直接到达头后边的麦克风，但强度有所衰减，利用衰减前后高频信号的强度差和衰减距离的关系定位声源；低频声源不能直接穿过头盔，发生衍射，这就产生了时延差，利用时延差定位声源。通过实验数据，找出高低频的分界线，这样用不同的方法分别通过高低频信号对声源进行定位，综合高低频信号的定位结果对声源定位的精度更高。

具体实施方式

一种基于麦克风阵列的声源定位方法，包括以下步骤：1）在头盔的外侧安装麦克风阵列；2）声源发出高低频声波；3）测量穿透头盔并到达头盔后侧麦克风的高频声波强度；4）对比声源发出的高频声波强度与直接穿透头盔后到达麦克风的高频声波强度；5）根据高频声波衰减前后的强度差和距离的关系对声源进行第一次定位；6）低频声波发生衍射后到达头盔后侧的麦克风；7）测量声源发出低频声波与麦克风收到低频声波的时间差；8）利用时延差方法对声源进行第二次定位；9）综合第一次与第二次定位的结果对声源进行最终定位。

为了提高定位的准确性，本发明通过以下两点进行定位：一、对第一次定位结果和第二次定位结果取平均值得到最终的定位结果。二、通过对若干个麦克风进行测量取平均值的方法得到最终定位结果。所述方法同时综合上述两方面得出最终的定位结果。

所述方法在头盔上安装麦克风阵列，由于声源信号的频率不同，所走的路径也不相同，其中高频声源可以穿过头盔直接到达头后边的麦克风，但强度有所衰减，利用衰减前后高频信号的强度差和衰减距离的关系定位声源；低频声源不能直接穿过头盔，发生衍射，这就产生了时延差，利用时延差定位声源。通过实验数据，找出高低频的分界线，这样用不同的方法分别通过高低频信号对声源进行定位，综合高低频信号的定位结果对声源定位的精度更高。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及其实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用来帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。