[发明专利]一种基于声源阵列的定位跟踪方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于声源阵列的定位跟踪方法，同时涉及一种基于声源阵列的定位跟踪装置。

背景技术

声源定位技术是利用传声器拾取语音信号，并用数字信号处理技术对其进行分析和处理，继而确定和跟踪声源的空间位置。在现有技术中，具有高性能、高方向性的单个传声器在无噪声、无混响、距离声源很近的情况下，可以获得高质量的声源信号。但是，单个传声器的拾音范围很有限，若声源在传声器的选择方向之外，则会引入大量的噪声，导致拾取信号的质量下降；并且单个传声器接收的信号，是由多个声源和环境噪声叠加组成的，无法实现各个声源的分离。在实际应用中，由于声源可能在室内的小范围内运动，加之室内各种其它声音的多径反射和混响等因素，也会导致单个传声器接收的信号信噪比降低，拾取信号的质量下降。

为了解决单个传声器的局限性，有人提出了基于麦克风阵列的声源定位。它是近年来语音信号处理领域的一大研究热点。结合实际应用的需要，如远程视频会议、报警系统、车载电话、助听系统、智能机器人系统等等，人们提出了用多个麦克风按一定的几何结构进行摆放，组成麦克风阵列进行语音处理的方法。它具有很强的空间选择性，无须移动就可对声源信号自动监测、定位和跟踪，因此在语音增强、声源定位、回声消除等方面有着极大的应用空间。其中，利用麦克风阵列采集到的声音信号来估计声源所在位置受到了人们的亲睐。

但是，声源定位麦克风阵列多位于室内等较封闭的环境中，除了非高斯噪声和相干噪声的影响外，声源本身在室内的混响也会对准确定位造成影响。因此，如何在真实的声场环境中定位三维空间的点声源，来提供准确的位置信息，成为人们的迫切需求。

为了解决上述问题，在申请号为201210204877.3的中国专利申请中，公开了一种基于麦克风阵列的声源定位系统。该系统将LabVIEW应用于声源定位软件的开发，方便地完成音频信号的采集与处理，运用广义互相关函数法进行时延估计，结合平面四元十字阵模型建立方程组实现定位。但是，该系统对于非高斯噪声、相干噪声以及声源本身在室内的混响对准确定位造成影响，并没有进行相关的处理。除此之外，时延估计引起的方位角误差、俯仰角误差、目标距离误差均与声速、阵元间距、俯仰角以及方位角有关，严重影响了定位精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种基于声源阵列的定位跟踪方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种基于声源阵列的定位跟踪装置。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于声源阵列的定位跟踪方法，包括如下步骤：

S1，采用五元麦克风阵列采集现场声音，对五元麦克风阵列中每个麦克风采集的声音信号进行预处理得到音频信号；

S2，根据各麦克风之间的音频信号到达时间延迟和麦克风阵列的位置信息对音频信号进行声源的定位，计算出俯仰角、方位角和目标距离；

S3，根据计算出的俯仰角、方位角和目标距离对定位跟踪装置进行移动和转向，到达声源位置。

其中较优地，在步骤S1中，所述五元麦克风阵列中的五个麦克风组成十字阵型，用于拾取同一声源信号。

其中较优地，在步骤S1中，声音信号进行预处理得到音频信号，包括如下步骤：

S11，将声音信号进行加窗分帧，得到短时平稳的信号小段；其中，分帧是用特定的窗函数w(n)与声音信号s₁(n)进行卷积计算，从而形成加窗信号s_w(n)＝s₁(n)*w(n)；

S12，对声音信号进行断点检测，计算短时能量E，若E小于门限值可认为是噪声，其中，N是采样点数，否则，转向步骤S13；