[发明专利]一种基于麦克风阵列的声源定位系统

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。基于麦克风阵列的声源定位广泛应用于具有嘈杂背景的语音通信环境，如，视频会议、多媒体教室、车载电话等，以提高通信质量;在地震研究、降噪设计、压力容器的无损检测等诸多领域也有着广泛的应用。本专利提供的基于麦克风阵列的声源定位系统可以估算出声源位置和方向角，并对声源进行实时跟踪。声源定位算法研究主要集中在计算机实验仿真，采用Matlab与C语言结合，难以开发出界面友好的程序，流程控制能力不理想，在数据采集、硬件控制等方面都比较繁琐，编程难度大，而程序的通用性也受到制约。本专利采用LabVIEW图形化编程语言，方便地完成数据采集与存储、分析与处理、硬件及仪器控制等任务。同时从平面四元方阵定位模型出发，开发出一种基于虚拟仪器的实时声源定位系统，并配合激光笔对声源进行实时跟踪。该系统控制界面友好，定位速度较快，精度理想，基本能满足对近场语音信号的实时定位要求。

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。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种麦克风阵列自适应降噪控制方法，包括如下步骤:

S1:麦克风阵列采集声音信号;

S2:信号预处理;

S3:声源定位;

S4:舵机控制

进一步，信号预处理的步骤包括:

S201:预滤波:采用带通滤波器滤波，以抑制输入信号各频域分量中频率超出f_s/2（其中f_s为采样率）的所有分量，防止混叠干扰，同时抑制50Hz的电源干扰;

S202:分帧:采用帧与帧重叠的方法，避免失帧;

S203:加窗:用窗函数w(n)乘信号s(n)，形成加窗函数s_w(n)窗函数的作用是保持帧与帧之间的连续性。

S204:计算短时能量E:若E小于门限值可认为是噪声，否则，进入下一步

S205:计算短时过零率Z₀:若Z₀在门限内，则表示检测到语音。

进一步，声源定位的步骤包括:

S301:时延估计，用于计算同一声源的信号到达2个麦克风的时间差;

S302:位置估计，根据时延差估计值和麦克风阵元间的几何关系确定声源位置。

此外，优选的，本发明所提供技术方案中的麦克风阵列全部由全指向麦克风组成或者由全指向麦克风和单指向麦克风组成或者全部由单指向麦克风组成。

附图说明

图1是本发明提供的一种实施方案的系统示意图；

图2是平面四元十字阵定位原理图；

图3两级放大电路设计图；

图4时延估计框图；

图5软件设计框图。

具体实施方式

图1是本发明提供的一种实施方案的系统示意图。本系统主要由麦克风阵列、放大电路、PXI—4472数据采集卡、PXI平台、舵机、激光笔组成。

图2是平面四元十字阵定位原理图。为了测出三维空间目标的距离、方位角和俯仰角，需要有3个独立的时延量，所以，至少需要4个麦克风。如图2给出了一种平面四元十字阵的几何模型，4个阵元的坐标分别为M₁(d，0，0)，M₂(0，d，0)，M₃(-d，0，0)，M₄(0，-d，0)。