[发明专利]用于探测和定位低强度和低频声源的声学系统及相关定位方法

说明书

本发明涉及一种用于在调查区域中检测和定位低强度和低频声源的声学系统以及相关的定位方法。本发明提供了一种声学系统，该声学系统可有效地识别在灾难性事件发生后被困在建筑物或类似结构的瓦砾下的幸存者，其中通过请求帮助来检测这些人的存在和位置。该声学系统重点关注人类声音的低频分量(小于1000Hz)，包括：‑声学传感器(2)的套件(1)，用于检测由声源生成的声学信号并生成表示这种声学信号的数据；‑电子接收器块(20)，用于接收和分析表示检测到的信号的数据；‑无线通信装置(15)，用于将表示由声学传感器检测到的声学信号的数据发送到电子接收器块；‑与电子接收器块可操作地相关联的处理单元(30)，被配置为：‑执行套件的声学传感器的校准，以在时间上对齐从声学传感器接收到的每个信号，以及‑执行数字波束成形以结合表示由声学传感器检测到的声学信号的数据并创建调查区域的声像，以定位上述低强度和低频声源。

技术领域

本发明涉及一种用于检测和定位低强度和低频声源的声学系统以及相关的定位方法。

本发明尤其满足了提供一种声学系统的需求，该声学系统可有效地识别在发生灾难性事件(例如地震)后被困在建筑物瓦砾下的幸存者，在灾难性事件中，可以通过帮助他们的请求来检测这些被困人员的存在和位置。

背景技术

当今，许多公司提出了可在无源音频成像领域中使用的商业声学阵列或麦克风阵列。其中，以下几项值得注意：Norsonic，CAE系统(CAE Systems)，声学相机(AcousticCamera)，双镜摄像头(Dual Cam)。

通过结合从各个麦克风所涉及的每个方向接收到的信号，此类声学阵列允许修改收听方向，而无需物理移动阵列本身。特别地，可以通过沿着光学图像的主方向扫描由可选便携式摄像机提供的光学图像，来针对每个方向测量用于生成放置在光学图像上的声像的声功率。

包括麦克风阵列和可选的相机或数码便携式摄像机的组件通常被称为“声学相机”。

已知类型的商业使用的声学相机的特征在于最大孔径，即，最大纵向尺寸为大约两米。这样的声学相机被配置为足够精确地定位具有大于2kHz的频率的声源。

需要使用具有更广孔径的声学相机，以便精确地定位较低频率的声源，尤其是人的声音。特别地，需要使用具有至少十米的孔径的声学相机来检测具有大约300Hz的频率的声源。

可以使用称为ACOUFIND的声学网络系统来检测被困人员。此类声学系统在以下文档中进行了描述：Menachem Friedman，Yoram Haddad，Alex Blekhman，“ACOUFIND:Acoustic Ad-Hoc Network System for Trapped Person Detection(用于被困人员检测的声学Ad-Hoc网络系统)”，IEEE微波、通信、天线和电子系统国际会议(COMCAS 2015)，2015年11月2日至4日，以色列特拉维夫。

该ACOUFIND声学系统包含三个主要部件：

-用作麦克风传感器的多个智能手机，以在特定的已知位置记录声学数据；

-计算机，该计算机从所有智能手机的录音中收集声学数据，然后通过处理数字信号对声学数据进行分析以计算幸存者的位置；以及

-在智能手机和中央计算机之间建立连接的路由器。

这样的系统没有使用一致的声学阵列，并且利用三角测量技术获得了声源的起源方向的评估。

当今特别感到需要在预设区域中实现声学探测和弱声源(即低强度和振幅以及低频的声源)定位，特别是在此类区域中发生例如地震的灾难性事件之后。

如上所述，声学相机和ACOUFIND声学系统表示了当今可用于此目的的解决方案。

但是，这样的已知解决方案具有局限性和缺点。