[发明专利]一种基于麦克风阵列的鸣笛车辆定位方法

摘要

本发明公开了一种基于麦克风阵列的鸣笛车辆定位方法，包括以下步骤：步骤一、设置2个麦克风阵列，在每个阵列中求得鸣笛声相对该阵列的声源方向，分别用表示；步骤二、根据步骤一求得的进一步获得鸣笛车辆位置；相对现有技术，本发明的方法具有以下优点：1、提高定位精度，降低鸣笛误判率；2、增强到达时间差(TDOA)估计的鲁棒性；3、降低定位方法的计算复杂度。

主权项

1.一种基于麦克风阵列的鸣笛车辆定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、设置2个麦克风阵列，在每个阵列中求得鸣笛声相对该阵列的声源方向，分别用表示；步骤二、根据步骤一求得的进一步获得鸣笛车辆位置；其中所述在单个阵列中求得的鸣笛声相对该阵列的声源方向或的步骤为：步骤1、求解任意两个麦克风i、j之间的互相关函数Rij(τ)：令τ为两个麦克风之间的时间延迟，互相关函数的表示为：求解(1)式的计算复杂度为O(N2)，为了降低其计算复杂度，可将(1)式近似为：(2)式的计算复杂度为O(N log₂N)；其中，X_i(k)、X_j(k)分别为x_i[n]、x_j[n]的离散傅里叶变换形式，即为互相关频谱；对(2)式进行归一化，可得：步骤2、求解进行加权处理后的互相关函数：首先，为了抑制噪声信号的影响，求解出一个抑制噪声的权值：其中，X(k)为在给定时间内所有麦克风的平均功率谱密度；Xn(k)为基于之前X(k)的平均时间的噪声估计；α＜1，其值可根据噪声估计效果来选取；求解出一个增强信号的权值：当鸣笛声源信号比噪声信号更强，则γ取值越大，其中0＜γ＜1；求解出经过加权处理的互相关函数：步骤3、利用N个麦克风进行到达时间差估计：令ΔTij表示麦克风i和j之间的到达时间差，其可通过求解互相关函数的峰值来获得，求解公式为：在N个麦克风所构成的阵列中，选取第1个麦克风作为参考麦克风；则N(N‑1)/2对的到达时间差可表示为：ΔTij＝ΔT1j‑ΔT1i  (8)其中，i≠j；步骤4、利用几何模型进行鸣笛车辆声源方向定位：麦克风i到麦克风j的连线方向与声源方向的夹角φ：其中，为麦克风i到麦克风j距离向量，是鸣笛声源方向的单位向量，同理，对于直角减去φ后的角θ有：式中，c代表声速。结合(9)式和(10)式，得：令第i个麦克风的位置为(x_iy_i，z_i)；可将式(11)写成标量的表达形式为：u(xj‑xi)+v(yj‑yi)+w(zj‑zi)＝cΔTij  (12)由N个麦克风构成的N‑1等式可写成矩阵形式：求解式(14)所得的(u，v，w)即为相对于麦克风阵列第1个麦克风的鸣笛车辆声源方向；按照上述方法分别求得相对于麦克风阵列1和麦克风阵列2中第1个麦克风的鸣笛车辆声源方向(u₁，v₁，w₁)和(u₂，v₂，w₂)，即和