[发明专利]一种基于麦克风阵列的机器人声源定位系统及装置

权利要求书

1.一种基于麦克风阵列的机器人声源定位系统，其特征在于，存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行：

构造麦克风阵列；

利用互相关算法计算声源信号到各麦克风对之间的时延差；

计算声源S到坐标原点O的距离R；

计算声源S的坐标；

求声源方位角θ和俯仰角

2.如权利要求1所述的基于麦克风阵列的机器人声源定位系统，其特征在于，构造麦克风阵列，该阵列包含六个麦克风M_i，i＝1，2，…，6，若以麦克风阵列的几何中心为声源定位空间的原点O，并以点O建立空间直角坐标系O-xyz，则O的坐标为(0，0，0)，M₁的坐标为(L，0，0)，M₂的坐标为(-L，0，0)，M₃的坐标为(0，L，0)，M₄的坐标为(0，-L，0)，M₅的坐标为(0，0，L)，M₆的坐标为(0，0，-L)，L为大于0的实数。

3.如权利要求2所述的基于麦克风阵列的机器人声源定位系统，其特征在于，利用互相关算法计算声源信号到各麦克风对之间的时延差，设麦克风M_i接收到的连续信号经采样后的数字信号为x_i(m)，麦克风M_j接收到的连续信号经采样后的数字信号为x_j(m)，设采样周期为T，则nT时刻x_i(m)与x_j(m)之间的短时互相关函数为

其中w(n)为窗函数，窗长为N，m为求和范围，k表示两个信号之间的滞后关系，求使自最大的索引值I_ij，

那么x_i(m)和x_j(m)之间的时延差为

τ_ij＝I_ij·T。

4.如权利要求3所述的基于麦克风阵列的机器人声源定位系统，其特征在于，计算声源S到坐标原点O的距离R，设S到各麦克风M_i之间的距离为D_i，当声源S到坐标原点O的距离R＞4L时，用声源到O-xy平面上任一麦克风的距离D_i作为其R的估计值，令τ_i为声源信号从S传播到M_i所需的时间，取声源S到麦克风M₁的距离D₁作为R的估计值，有

D₁＝c·τ₁

而

R≈D₁

其中c为声音在空气中的传播速度。

5.如权利要求4所述的基于麦克风阵列的机器人声源定位系统，其特征在于，计算声源S的坐标，由点O向点S作射线设与x，y，z轴正方向形成的夹角分别为φ_x，φ_y和φ_z，则φ_x，φ_y，φ_z与τ_ij，L，c之间存在如下近似关系，

则声源S的坐标(x，y，z)的值为

x＝R·cosφ_x

y＝R·cosφ_y

z＝R·cosφ_z。

6.如权利要求5所述的基于麦克风阵列的机器人声源定位系统，其特征在于，求声源方位角θ和俯仰角由θ与S的坐标(x，y，z)的几何关系

可得

由与S的坐标(x，y，z)和R的几何关系

可得