[发明专利]使用麦克风阵列对声源定位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及声源的定位，更具体地讲，涉及一种使用麦克风(MIC)阵列来对声源定位的方法。

背景技术

阵列信号处理已经广泛应用于通信、雷达、声纳、医学和航天航空等诸多领域。近年来，随着反恐战的开展，各国已经研制了各种探测爆炸点或枪炮射击点的位置的设备。在实际应用中，由于视觉定位往往不易实现，从而发展了一些声学定位的系统，例如，美国的回力棒系统、以色列拉斐尔公司的反狙击手声探侧系统，加拿大麦克唐纳·迪特维利公司和加拿大防务研究和发展委员会也共同开发了一种名为“雪貂”(Ferret)的小型武器探测和定位系统。Microsoft公司开发的新的Vista操作系统集成了对MIC阵列的支持，Intel公司的HDAudoi规范可以实现16个MIC、32KHz采样，这些为声波信号阵列处理提供了良好的支持。

目前，使用麦克风阵列来对声源进行定位的方法总体来说可以分为两类：定向波速形成和时间延迟估计。定向波速形成是基于最大输出功率可控波束方法的一种形式，该方法对麦克风阵列接收到的语音信号进行滤波延迟并加权求和形成特定指向的波束，然后计算各个指向上的波束能量，其中搜索空间中功率最大的方向就是对声源位置的一个最大近似。在基于时间延迟估计的方法中，由于声源发出的信号到达各个麦克风存在时间差，该方法根据各个通道信号间的相关关系对这个时间延迟进行估计，从而来对声源位置进行估计。

定向波速形成的方法为了搜索能够使波束功率最大的位置，需要对整个空间进行扫描，需要进行大量计算，因此很难满足实时的要求。

基于时间延迟估计的方法计算速度快，能达到实时的要求。这类方法可以适用于如同语音这样的非平稳宽带信源，但是在只有单个信源时能较好地工作，定位的精度与到达时间差(TDOA)的估计精度有关。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用麦克风阵列对声源定位的方法，该方法能够快速对声源定位。

根据本发明的一方面，提供一种使用麦克风阵列对声源定位的方法，所述麦克风阵列为构成正三角形的三个麦克风，所述方法包括：建立坐标系，所述坐标系的原点与所述正三角形的重心重合，三个麦克风中的第一麦克风位于坐标系的纵轴上；将正三角形的重心与正三角形的三个顶点连接并延长，从而将以所述正三角形的重心为圆心的全圆周分为6个相等的区间；计算声源分别到达三个麦克风中的第一麦克风、第二麦克风、第三麦克风的时间差；将计算的时间差乘以音速，得到声源到第二麦克风的距离与声源到第一麦克风的距离之间的第一距离差以及声源到第三麦克风的距离与声源到第一麦克风的距离之间的第二距离差；根据第一距离差和第二距离差的符号以及第一距离差、第二距离差的绝对值大小比较关系，初步确定声源相对于正三角形重心的方位角Φ所落入的区间；采用0.618法对声源与正三角形重心的距离R以及方位角Φ逼近优化点，获得最终估计的距离R和方位角Φ。

根据本发明的另一方面，提供一种使用麦克风阵列对声源定位的方法，所述麦克风阵列为构成正三角形的三个麦克风，所述方法包括：建立坐标系，所述坐标系的原点与所述正三角形的重心重合，三个麦克风中的第一麦克风位于坐标系的纵轴上；计算声源分别到达三个麦克风中的第一麦克风、第二麦克风、第三麦克风的时间差；将计算的时间差乘以音速，得到声源分别到达第一麦克风、第二麦克风、第三麦克风的距离差；根据三角形边角关系建立关于声源到各个麦克风的距离差的联立方程组；对联立方程组中的任意两个方程进行联立求解，得到声源与正三角形重心的距离R以及声源相对于正三角形重心的方位角Φ。

附图说明

通过结合附图，从下面的实施例的描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：

图1是根据本发明的采用正三角形麦克风阵列对声源定位的示意图；

图2是根据本发明第一实施例的采用正三角形麦克风阵列对声源定位的方法的流程图；

图3是根据本发明的采用时间延迟特性进行方位分割的示意图；

图4是根据本发明第二实施例的采用正三角形麦克风阵列对声源定位的方法的流程图；

具体实施方式

本发明针对基于时间延迟定位声源的方法进行了改进和创新。在本发明中，采用了准L1相关技术提高时间延迟估计的速度和抗野值干扰能力，进一步采用时间延迟特性进行方位分割以提高计算速度和去除局部极值点，同时可采用0.618法加快逼近速度，从而可以用普通微型计算机在数十毫秒级解决声源定位问题，满足实用性的速度和精度要求。