[发明专利]基于声源阵列的空间麦克风定位方法

说明书

本发明基于声源阵列的空间麦克风定位方法，涉及应用声波用多条由路径差测量确定的位置线的配合确定信号源的位置，利用四个声源的声音信号、参考麦克风和各个声源之间的固定距离实现了三维空间中的麦克风的在线定位，步骤是：声源的四元三维阵列分布；设置参考麦克风；标记待定位麦克风；用麦克风定位单元定位待定位麦克风在空间中的位置。本发明克服了现有技术中存在的信号采集操作较繁琐，效率较低，只能离线计算，无法实现麦克风位置的在线估计以及只针对平面的麦克风阵列进行了位置估计，无法实现空间分布麦克风的位置估计的缺陷。

技术领域

本发明的技术方案涉及应用声波用多条由路径差测量确定的位置线的配合确定信号源的位置，具体地说是基于声源阵列的空间麦克风定位方法。

背景技术

伴随着科学技术日新月异的发展，传感器技术的应用领域逐步扩大，其所面对的工作环境也愈来愈复杂。对麦克风位置进行准确的定位，能够帮助分布式麦克风阵列信号处理，而麦克风阵列在语音增强、声源定位和声源分离的应用中起着重要作用。同时，麦克风定位可以帮助解决当前机器人领域众多问题。例如，当机器人处于未知的环境中，对自身位姿未知时，如何进行自定位和环境识别，即同时自定位和地图构建一直都是智能机器人技术研究的热点和难点，为了解决这一难题，从机器人听觉系统的角度出发，确定出待定位麦克风的位置坐标，将机器人技术与机器人所处环境中的分布的麦克风位置进行有机结合，解决机器人同时自定位与构建环境地图的问题，从而帮助实现机器人全自主移动等。因此，确定麦克风阵列中的麦克风位置是一个现今该技术领域中必须解决的技术难题。

成都电子科技大学肖华在2008年发表的《麦克风阵列的校正方法研究》中，采用三个不同位置的校正声源来校正麦克风阵列中麦克风位置，该方法将一个声源先后放置于三个位置，分三次进行信号的采集与计算，最后将三次计算结果融合得到麦克风位置，但该方法存在信号采集操作较繁琐，效率较低，只能离线计算，无法实现麦克风位置的在线估计的缺陷。CN103439689B公开了一种分布式麦克风阵列中麦克风位置估计系统，该方法通过选择三个不同频带的声音信号作为三个声源的发声信号，在麦克风位置估计过程中一次性采集并分离出三个声源，实现麦克风位置的在线估计，将基于能量和时延的测距方法结合使用，先后进行距离的粗、精估计，采用三角形质心算法获取阵列中各麦克风的位置，对各种无解情况均有相应的处理，但此方法存在只针对平面的麦克风阵列进行了位置估计，无法实现空间分布麦克风的位置估计的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供基于声源阵列的空间麦克风定位方法，利用四个声源的声音信号、参考麦克风和各个声源之间的固定距离实现了三维空间中的麦克风的在线定位，克服了现有技术中存在的信号采集操作较繁琐，效率较低，只能离线计算，无法实现麦克风位置的在线估计以及只针对平面的麦克风阵列进行了位置估计，无法实现空间分布麦克风的位置估计的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：基于声源阵列的空间麦克风定位方法，具体步骤如下：

第一步，声源的四元三维阵列分布：

将四个声源按照正四面体的形式空间分布，定义声源1空间坐标为S1(x₁,y₁,z₁)，声源2空间坐标为S2(x₂,y₂,z₂)，声源3空间坐标为S3(x₃,y₃,z₃)，声源4空间坐标为S4(x₄,y₄,z₄)，构建成为一个三维空间坐标系，由此完成声源的四元三维阵列分布，并且规定在此空间分布的麦克风位置的表示都将以此坐标系为基准，上述四个声源依次发声，共产生四个声音信号分别为s_i(t),其中i＝1,2,3,4；

第二步，设置参考麦克风：