[发明专利]基于人体声纹特征和麦克风基站的人员定位系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于人体声纹特征和麦克风基站的人员定位系统及方法。该定位系统包括前期采集人体声纹特征的采集设备以及后期安装在室内用于定位的麦克风基站和用于处理数据并获得人员定位结果的服务器；通过采集设备采集待定位人员的声音特征，并存储到服务器；麦克风基站在时钟同步的基础上，同时采集声音信息，并经过提取匹配后，根据声音到达各自基站的时间差进行位置解算，确定待定位人员的当前位置。采用本发明能够在大的定位范围内对待定位人员精确定位，提高定位精度，降低系统能耗。

技术领域

本发明涉及声纹特征检测领域、声音信息采集领域和空间定位领域，特别是涉及一种基于人体声纹特征和麦克风基站的人员定位系统及方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，各种针对人员在室内的定位系统已经被广泛使用。但是目前人员定位的设备，大多数待定位人员需佩戴特制的传感器标签。携带无源标签的系统，多是利用射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术进行识别，因无源RFID的功率小，存在定位距离近、范围小的特点；携带有源标签的系统，像蓝牙标签、UWB标签，存在能耗高、需充电的问题，给使用和推广带来不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于人体声纹特征和麦克风基站的人员定位系统及方法，以解决现有的人员定位系统定位距离近、范围小以及能耗高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于人体声纹特征和麦克风基站的人员定位系统，包括：采集设备、多个麦克风基站以及服务器；

所述采集设备用于在多个所述麦克风基站时钟同步的情况下，采集多个待定位人员的第一声音特征，并提取所述第一声音特征中的第一声纹特征，将所述第一声纹特征以及所述第一声纹特征对应的待定位人员信息存储至所述服务器，形成声纹特征数据库；

所述麦克风基站用于采集处于所述麦克风基站区域内的待定位人员的第二声音特征，并根据所述第二声音特征提取第二声纹特征以及确定声波到达各个所述麦克风基站的到达时间；

所述服务器用于将所述第二声纹特征与所述声纹特征数据库进行匹配，确定待定位人员信息；还用于基于所述待定位人员信息，利用多个所述到达时间确定声波到达时间差，并根据所述声波达到时间差解算所述待定位人员的当前位置。

可选的，所述麦克风基站具体包括：控制模块、声音采集模块、电源模块以及网络通信模块；

所述声音采集模块、所述电源模块以及所述网络通信模块分别与所述控制模块相连接；所述声音采集模块，用于采集所述第二声音特征，并将所述第二声音特征转换成电信号；所述控制模块用于控制所述麦克风基站的运转，同时标记所述第二声音特征的到达时间；所述电源模块用于对人员定位系统进行供电；所述网络通信模块用于回传数据，并同步多个麦克风基站的时钟。

可选的，所述网络通信模块为的通信方式为无线通信方式或有线通信方式；

若所述通信方式为所述有线通信方式，所述网络通信模块作为电源模块，为人员定位系统进行供电。

可选的，所述麦克风基站的个数为3个或4个。

可选的，所述服务器用于基于TDOA算法，采用二维解算方式或三维解算方式解算所述待定位人员的当前位置。

可选的，若所述麦克风基站的个数为3个：

利用公式建立TDOA方程组，解算所述待定位人员的当前位置；其中，(Xa，Ya)为麦克风基站A的坐标，(Xb，Yb)为麦克风基站B的坐标，(Xc，Yc)为麦克风基站C的坐标，Tba为所述第二声音特征到达所述麦克风基站B和所述麦克风基站A的时间差，Tca为所述第二声音特征到达所述麦克风基站C和所述麦克风基站A的时间差，V为声音的传播速度，(x，y)为待定位人员的当前位置。