[发明专利]一种三平面五元传声器阵列的声源定位方法有效

专利信息
申请号: 201811060355.4 申请日: 2018-09-12
公开(公告)号: CN109164416B 公开(公告)日: 2022-10-14
发明(设计)人: 行鸿彦;杨旭 申请(专利权)人: 南京信息工程大学
主分类号: G01S5/22 分类号: G01S5/22
代理公司: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 葛潇敏
地址: 210032 江苏*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 平面 传声器 阵列 声源 定位 方法
【说明书】:

发明公开了一种三平面五元传声器阵列的声源定位方法,具体步骤包括建立三平面五元传声器阵列模型;根据声源几何定位原理,推导单一五元传声器阵列声源方位计算公式;分别将平面阵列定位得出的两个俯仰角正弦、余弦值作为复合加权系数;引入三平面五元传声器阵列的声源定位方法计算出最终声源球坐标。本发明将融合算法运用到声源定位中,建立三平面五元传声器阵列进行研究,能够解决单面阵列容易出现的测量方位模糊问题,可以有效降低空间声源处于极端角度时对声源定位精度和稳定性的影响,大大提高声源定位的精确度和稳定性。

技术领域

本发明属于声源定位技术领域,具体涉及一种三平面五元传声器阵列的声源定位方法。

背景技术

信号是表示消息的物理量,人类可以通过信号收集环境中的重要信息,尤其是声源信号,它是由物体振动而发生的声波,也是声波通过任何物质传播形成的运动。声音作为一种波,频率在20Hz到20kHz之间的声音是可以被人耳识别的。因此,可通过接收声源信号并引入算法对目标声源进行定位。传声器阵列具有消除噪声和目标跟踪等功能,也可以用于被动接收声信号,使得采集声源信号进行研究变得富有实际意义。传声器阵列系统就是将一定数量的传声器按照一定的拓扑结构摆放而组成的系统,对接收到来自不同方向的空间声信号进行实时处理。近些年,随着传声器、物理学、数学和信号处理等学科领域技术的迅猛发展,传声器阵列的声源定位技术已得到国内外科研人员的广泛关注,开展了对传声器阵列设计和声源定位算法编写的声探测技术研究工作。

国内方面,居太亮等人结合远场窄带信号的子阵算法和麦克风阵列信号处理的特点,提出麦克风阵列的声源三维定位子阵算法,把阵列分成两个位置不同的子阵并调节其位置,利用两个子阵的互相关矩阵,实现了声源定位。吴晓平等人通过分析声音能量距离衰减模型,提出约束线性最小二乘法以提高定位精度,对信标节点位置坐标存在高斯噪声下定位计算方法进行改进,减小声音定位误差。

估计到达时延会产生误差,测距测向误差难以避免,特别当水平角和俯仰角处在零或九十度的极端角度附近时,误差会表现地更加明显,这容易对声源定位精度和稳定性造成较大影响。

所以,需要一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足,提供一种三平面五元传声器阵列的声源定位方法,能够解决单面阵列易出现测量方位模糊问题,有效减小空间声源处于极端角度时,对声源定位精度和稳定性的影响,并且将融合算法运用到声源定位中,建立三平面五元传声器阵列进行研究,以提高声源定位的精确度和稳定性。

为实现上述目的,本发明提供一种三平面五元传声器阵列的声源定位方法,包括如下步骤:

S1:建立包含X0Y、X0Z、Y0Z三个平面的五元立体传声器阵列模型;

S2:分别计算声源S通过X0Y、X0Z和Y0Z三个平面内的传声器阵列得到的球坐标S0、S1和S2

S3:基于S0、S1和S2,利用融合算法计算得到声源S的球坐标。

进一步地,所述步骤S1中建立的三平面五元传声器阵列模型具体如下:

S1中的三平面五元传声器阵列模型包括7个传声器,分别是M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6,其中,M0位于原点(0,0,0)处,以M0为基准传声器,其余6个传声器坐标分别为:M1(a,0,0)、M2(0,a,0)、M3(-a,0,0)、M4(0,-a,0)、M5(0,0,a)、M6(0,0,-a),a为上述六个传声器与坐标原点之间的距离;

X0Y平面内的4个传声器M1、M2、M3、M4与M0为第一个单面五元传声器阵列;

X0Z平面内的4个传声器M1、M3、M5、M6与M0为第二个单面五元传声器阵列;

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