[发明专利]一种枪声探测计数方法及系统

说明书

本发明提供一种枪声探测计数方法及系统，主要依据枪声击发瞬间声压由负压迅速变化到正压的强脉冲特性，首先对其滤波等预处理，其次分帧、求短时幅度并微分，最后依据上升沿进行枪声计数判断。本发明方法不仅具有原理简单明了，计算速度快，对较强声源远近距离的限制较小，以及枪声密集下准确探测等优点，而且能够很好的抑制枪声回声及环境噪声对探测计数结果的影响，准确度高。本发明系统可以移植到小型移动设备，适合低成本大产量投入生产。

技术领域

本发明涉及声音信号处理领域，尤其是枪声探测计数技术，更具体的本发明涉及一种枪声探测计数方法及系统。

背景技术

枪声探测计数一般用于靶场子弹管控。弹药安全管控一直是国家安全的一项重要任务，在军事靶场进行射击训练或民间靶场进行射击游戏时，防止射击人员私自截留子弹弹药是非常重要的。在射击现场，如何在复杂环境下准确统计已经发射的子弹数目，以判断是否所有子弹已经发射，还是存在没有发射被私自保留的子弹，是迫切需要解决的安全大问题。目前的子弹管控系统中，自动电子报靶系统不仅比较昂贵，尤其是弹着点偏离靶位时不能确定出每位射击人员射出的子弹数，达不到弹药监控的目的。因此，目前最常见的是，通过机械式子弹计数器对子弹进行计数从而达到管控的目的。如专利CN 202947531 U，“一种子弹自动计数器”中，采用传感器、计数器控制盒、数字显示屏构成机械式子弹计数器。但是这种方法需要对每把枪加装计数器，改变了枪本身的结构，且难于维护保养，不利于推广使用。因此，我们以被动声探测的方式，子弹探测计数系统和打靶过程完全独立，在不需要在枪上安装计数器的情况下,对靶场环境下的密集枪声进行探测和计数，从而实现有效管控靶场子弹射击。

理论分析表明，枪声作为一种瞬时冲击信号，声强较强，回波明显，难以分开枪声和回波以达到精确探测，尤其是其所具有的非平稳特性和打靶过程中枪声的密集性，为有效计数造成了很大的困难。一般的信号处理手段只适用于平稳信号，对于准平稳信号(如语音信号)，考虑到较短时间内信号近似具有平稳特性，一般对其进行分帧处理，截取每一短时间内的信号为一帧，则每一帧的信号变化不是很剧烈，相对较为平稳；然后分别对每一帧进行分析，从而达到处理非平稳信号的目的。但是，枪声的非平稳性较语音更为突出，而常见的分帧参数来源于一般的准平稳信号，因而无法满足对枪声信号做短时平稳分析的要求。另外，枪声较为密集时，常见的特征提取和检测方法，如短时过零率等方法由于时间分辨率太低(一般为0.1s到1s的量级，而枪声脉冲的持续时间一般为几十毫秒)，也难以满足枪声密集时探测手段的高时间分辨率要求。

目前的有关枪声的声探测系统，多采用短时能量和短时过零，或者频谱匹配、倒谱匹配的方式。常见方法是，先对声音信号分别进行时域的分帧和频域的滤波降噪。通过分帧使得准平稳信号在一帧之内没有较大变化，呈现出短时平稳的特征，帧长一般要小于待提取信号的周期。然后，对声音信号的每一帧进行时域分析(如过零率，短时能量，相关系数等)，或频域分析(如倒谱分析，谱熵分析，小波分析等)，或时频域分析以提取信号特征，从而依据信号特征进行识别和计数。如专利CN 103021421 A，“用于枪声的多级筛选检测识别方法”中，采用短时能量、短时过零和倒谱特征匹配结合的多级检测方法，利用多个门限，可以较为准确的检测出信噪比较低情况下的枪声信号。但这种办法要求的采样频率为8k～48kHz，分帧256～1024点。由于分帧间隔大，因此时间分辨率较低，导致难以进行枪声密集时的检测和计数。另外，其采用的短时过零限制了该方法的时间分辨率，采用的短时能量使得该方法不能用于多个枪声源远近差距较大的情况。该方法未能克服枪声的非平稳特性和靶场枪声的密集性这两个难点，不能满足靶场复杂环境下多枪多点射击时子弹计数的需求。再如，学位论文“超音速子弹声源定位算法的研究与设计”(张西爽，北京交通大学，2012)中提到在进行声源信号检测时，利用马赫波上升沿较陡的特点将其与噪声信号分离，但没有提及当存在其它噪声源时对信号检测的干扰，也没有提及对密集枪声情况下的枪声探测和计数。

发明内容