[发明专利]一种基于高精度GPS的声源定位方法及其实现系统

说明书

本发明涉及一种基于高精度GPS的声源定位方法及其实现系统，包括步骤如下：(1)将麦克风阵列设置在监控区域的任意位置，麦克风上设置有GPS定位模块，至少4个麦克风处于同时工作状态；(2)麦克风实时获取声音信号，GPS定位模块实时获取时间信号和定位信号；(3)将声音信号、时间信号和定位信号进行存储；(4)根据指令获取对应的数据，通过TDOA声音定位算法计算时延，求解声源位置，即声源的经纬度、高度；(5)将声源位置进行显示。本发明将高精度GPS定位模块与无源的声源定位方法结合起来，GPS定位模块来测得采集声音信号的麦克风的位置信息，使用于采集声音信号的麦克风阵列不再受限于固定的相对位置。

技术领域

本发明涉及一种基于高精度GPS的声源定位方法及其实现系统，属于声源定位技术领域。

背景技术

声音是信息的载体。一方面，声音中包含具有实际内容的语音信息，另一方面，由于声波的传播特性，声音中也间接包含了声源和传播环境的相关信息。基于上述的两种特性，声音信息的获取在安全监控、区域探测、定位搜寻等领域具有不可替代的作用。

早先对于未知目标的探测定位多是通过无线电、超声、激光等主动式方式进行，具有高精度抗干扰的优点。但主动方式由于需要发射信号，也有功耗高、暴露自身位置等使用限制。而声源定位采用被动式原理，隐蔽性较强，且不受能见度的影响，白天晚上都可以进行工作。声源定位在近场探测应用中有较高的精度，既可以单独构成系统使用，也可以为其它监控定位系统提供辅助信息，因而得到了广泛的关注和应用。

现阶段声源定位的算法主要有信号到达角度测量算法(Angle of Arrival，AOA)、信号到达时间测量算法(Time of Arrival，TOA)、信号到达时间差测量算法(TimeDifference of Arrival，TDOA)、接收信号强度指示算法(Received Signal StrengthIndication，RSSI)。现阶段的算法对麦克风阵列位置的放置均有所要求，并且只能求解出声源和麦克风阵列的相对位置，给实际应用过程带来了诸多的不便。

卫星定位技术自1958年美国建立子午卫星系统以来，60年间获得了蓬勃的发展。GPS、GLONASS、Galileo及中国北斗的建立，使得卫星定位在现代社会中发挥着越来越大的作用。随着技术的不断革新，定位系统的精度也逐步提高，采用载波相位差分技术(CarrierPhase Measurement，又称Real Time Kinematic，RTK)的定位系统可以达到毫米级的定位精度。

中国专利文献CN106019232A公开了一种声源定位系统和方法，所述系统包括全向麦克风、指向麦克风和定位单元。全向麦克风用于采集第一声音信息。指向麦克风用于采集第二声音信息。定位单元用于根据第一声音信息和第二声音信息定位声源在预定的第一平面中的两处疑似位置，并根据第二声音信息的幅度信息在两处疑似位置中确定声源的位置。其中，全向麦克风和指向麦克风位于第一直线上，指向麦克风不指向第一直线所在的、垂直于第一平面的第二平面。该专利存在以下缺陷：1.采用两种不同类型的麦克风，采集声音信号的差异容易引入较大的误差；2.需要通过声音信号的幅度来进行声源位置预估和筛选，对采集声音的环境要求和放大器的精度要求较高。

中国专利文献CN104181506A公开了一种基于改进PHAT加权时延估计的声源定位方法，由麦克风阵列采集4路声音信号，通过A/D采样电路转化为数字信号，并通过改进的PHAT加权广义互相关函数法进行时延估计算法处理，获得时延估计值，再结合放置的麦克风阵列空间位置，利用迭代法解非线性方程组，从而得到声源的相对位置。该专利存在以下缺陷：1.声源定位要基于固定的麦克风阵列，需提前预知麦克风所在坐标位置；2.计算出的位置坐标为基于麦克风阵列建立坐标系下的坐标值，在某些需要地图显示的应用场景中十分不便。

发明内容

为了克服现有声源定位方案中麦克风阵列相对固定，只能计算声源基于自建坐标系下相对位置的不足，本发明提出了一种基于高精度GPS的声源定位方法；