[发明专利]一种基于嵌入式阵列的误差分析装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于嵌入式声传感器阵列的误差分析装置及方法。该方法在真实声场环境下，首先取用嵌入式声传感器阵列系统录制的待分析信号，通过声音活动性检测找到待测声源信号端点；然后利用基于到达时间差的声源定位算法来估计声源方向。在求到达时间差时，使用基于相位的广义互相关函数，计算声源方向，并与理论声源方向进行对比。最后通过基本的统计学方法，对待测声源信号的角度误差绘制统计图，得出误差产生的原因和角度误差的分布规律。本发明的方法考虑到各种影响因素，使用了较为全面客观的数据，能够通过修正角度误差提高嵌入式声传感器阵列的测向准确度。

主权项

1.一种基于嵌入式阵列的误差分析方法，其特征在于，所用装置包括发声装置、声音采集装置[1]和PC机，其中：发声装置用于发出声音；声音采集装置用于采集发声装置发出的声音，该装置与发声装置的高度一致，相距10～15m；包括扁平方形外壳、四个微型声传感器、内置电池和可编程处理板，其中四个微型声传感器、内置电池和可编程处理板均位于扁平方形外壳壳体内，所述扁平方形外壳为上下两层结构，分别为上壳体和下壳体，上壳体内设置四个微型声传感器、内置电池，下壳体内设置可编程处理板，该可编程处理板通过通讯接口将数据传送至PC机；所述四个微型声传感器位于同一高度，构成方形阵列，每个微型声传感器朝向壳体侧壁的外侧；PC机用于接收声音采集装置采集到的音频信号并对其进行后期处理；所述基于嵌入式阵列的误差分析方法，包括以下步骤：步骤1、利用声音采集装置采集发声装置发出的音频信号，在采集过程中转动声音采集装置，从而采集来自不同方向的音频信号；步骤2、对采集到的信号进行预处理，具体是对信号进行短时分帧、端点检测处理，从而提炼出所需音频片段；步骤3、对步骤2提炼出的音频片段进行测向分析，得出声源方向；具体为：步骤3‑1、对提炼出所需音频片段xi(n)进行快速傅里叶变换，得到的频域信号记为Xi(ω)，i＝1,2,3...为声传感器的个数，n为整数，表示在信号中的点数序号，ω表示角频率；步骤3‑2、确定四个微型声传感器中两两的互相关函数所述互相关函数的确定公式为：式中，G_ij(ω)为声传感器i和声传感器j获取信号的互相关功率谱，其公式为：G_ij(ω)＝X_i(ω)X_j^*(ω)，X_i(ω)是频域信号，X_j^*(ω)是信号在频域内的共轭，Ψ_ij(ω)为加权函数，Ψ_ij(ω)G_ij(ω)为广义互相关功率谱；步骤3‑3、基于互相关函数得到时间延迟τ_ij，所述时间延迟τ_ij的确定公式为：其中，τ_ij表示使得取最大值时对应的位置；步骤3‑4、构建时间‑角度模型，具体为：其中，m为做互相关变换的组数，θ为声源实际所在方向角度，为声传感器i到坐标原点的向量，θ∈[0°,360°]为与x轴正方向之间的夹角，为声源坐标，取声音从声源s到坐标原点所用时间为0时刻，τ_ij为声传感器之间的时间延迟，c为声速；步骤3‑5、将步骤3‑3得到的时间延迟τij带入步骤3‑4所构建时间‑角度模型，从而得到声源实际所在方向角度θ；步骤4、计算声源测向的角度误差，得出误差分布规律；具体为：步骤4‑1、确定步骤3得到的声源实际所在方向角度θ与理论声源所在方向角度θ0之间的角度误差△θ，其确定公式为：△θ＝θ‑θ0；步骤4‑2、将理论声源所在方向角度θ0带入上述时间‑角度模型，得出理论时间延迟τ'ij，之后计算实际时间延迟τij与理论时间延迟τ'ij之间的延时误差△τij，其确定公式为：△τij＝τij‑τ'ij；步骤4‑3、转动声音采集装置，重复步骤4‑1～步骤4‑2，得到角度误差△θ和延时误差△τij的数据集，并对其进行统计分析，得出误差分布规律。