[发明专利]一种用于声源定位的装置及方法

说明书

本发明实施例公开了一种用于声源定位的装置及方法，包括壳体和设置在壳体上的声音传感器子阵列、信号采集设备和运行定位算法的主机，所述壳体设置为正N棱锥形状，每个所述壳体的侧面均固定一个声音传感器子阵列。所述信号采集设备对信号进行采样、量化并记录到主机上。所述运行定位算法主机，利用其上算法程序指令和记录的音频数据，实现一种定位算法步骤。本声源定位的装置及方法中，多个声音传感器子阵列均集合在同一正棱椎上，在麦克风阵列声源定位方案中提供了更完备的搭建方式；利用子阵列之间的固有夹角，区分不同子阵列所定的来波方向，为声源定位提供新方法；波束形成定位算法在远场声源定位中，能够有效抑制噪声干扰，提高定位精度。

技术领域

本发明实施例涉及声源定位技术领域，具体涉及一种用于声源定位的装置及方法。

背景技术

大自然中，对于声源位置的识别和判断是人和动物一项生存的基本技能。近年来科技的迅速发展使运用技术手段实现对声源位置的精准定位成为可能，这种技术将广泛应用于鸣笛追踪、机器人技术、声音监听、声控技术等。现有技术中通过多个麦克风形成的阵列，对声音信号进行采集，得到一组或多组声压数据，将采集到的数据进行算法优化和分析，从而得到声源位置的准确信息。目前有三类基于麦克风阵列的声源定位算法，一是基于波束形成(Beam Forming，简称BF)的方法；二是基于高分辨率谱估计的方法；三是基于声达时延差(TDOA)的方法。其中TDOA方法因其设备简单，不受相位模糊影响的优点而被广泛应用。相比于TDOA技术，波束形成算法是基于阵列传感器上各阵元接收的信号，算法为阵列输出选择适当的加权矢量以补偿每个阵列元素的传播延迟，使得阵列输出可以在某个期望方向上以相同方向叠加，从而实现对原始信号的方向定位，有更好的精度和适用范围；反过来导致阵列在该方向上产生主瓣束，并在某个方向上可以对干扰进行一定程度的抑制。实验表明不同的麦克风阵列搭建形式对定位结果会产生一定的影响。因此麦克风阵列的搭建成为技术方案中需要解决的关键部分。在其他定位方案中多为一维阵列或二维阵列，缺乏三维阵列这一新的阵型尝试。并且在二维阵列中，分布式阵列在远场测量中应用较多，在其他分布式阵列中，声音传感器子阵列之间需要有一定距离以区分不同子阵列定的来波方向，从而达到定位的目的。这种子阵列相对较远的情况对设备摆放和携带都会造成一定的不便。与传统的分布式阵列相比，本发明设计的紧致型阵列解决了这一问题。另外波束形成定位算法在远场定位中能够有效抑制噪声，提高定位精度。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种用于声源定位的装置及方法，以解决现有技术中由于传统分布式子阵列中传感器之间距离较远而导致的摆放和携带不方便的问题，同时运用波束形成算法在远场定位中能有效抑制噪声的特性，提高定位进度。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，一种用于声源定位的装置，包括壳体和设置在壳体上的若干个声音传感器子阵列、用于进行声音信号采集的信号采集设备与用于处理声音信号和运行定位算法的主机，所述壳体设置为正N棱锥形状的壳体，所述壳体包括一个正N边形的底面和N个侧面，每个所述壳体的侧面均固定一个声音传感器子阵列。

进一步地，每个所述声音传感器子阵列包括若干个声音传感器，每个所述声音传感器子阵列中所述声音传感器的数量相同，每个所述声音传感器子阵列中所述声音传感器构成的形状相同，每个所述声音传感器子阵列中所述声音传感器位于所述各声音传感器子阵列中的位置相同。

进一步地，所述声音传感器子阵列中所述声音传感器构成的形状为对称形状。

进一步地，所述声音传感器设置为麦克风。

进一步地，所述麦克风的型号为40PH丹麦Gras的传感器。

进一步地，还包括用于进行声音信号采集的信号采集设备与用于处理声音信号和运行定位算法的主机，每个所述麦克风经由信号采集设备与主机连接。

根据本发明实施例的第二方面，一种用于声源定位的定位算法，包括以下步骤：