[发明专利]一种基于声源阵列的空间麦克风定位方法

说明书

本发明一种基于声源阵列的空间麦克风定位方法，涉及室内定位领域，该方法利用声源分布单元、参考麦克风、待定位麦克风以及麦克风信号处理单元构成的设备，选择采用三个不同频带的声音信号作为三个声源的发声信号来实现麦克风位置的空间估计，该三个频带不同的声音信号被待定位麦克风和参考麦克风所接收，通过计算待定位麦克风与声源之间的距离，计算出待定位麦克风的空间位置，通过声达时间差和几何体积求解的方式实现基于声源阵列的空间麦克风定位；本发明克服了现有技术存在的操作较繁琐，效率较低，安装不便，只能离线计算，无法实现麦克风位置的在线估计和无法实现空间分布麦克风的位置估计的缺陷。

技术领域

本发明的技术方案涉及室内定位领域，具体地说是一种基于声源阵列的空间麦克风定位方法。

背景技术

随着传感器技术的不断发展，在服务机器人产品的应用中，常需要获得空间的路标位置，用于机器人产品的导航。相比传统用激光雷达和视觉的感知方式，采用听觉的方式，通过对声音信号的处理，从仿人角度出发而构建的机器人听觉系统，已成为机器人领域的重要研究对象。相比其他的感知方式，采用声音的方式，可以弥补视觉传感方式对大面积空旷地域无法提取特征点以及对光照的严重依赖。

现有的技术中，基于麦克风阵列的声源定位方法大概分为以下三类：基于最大输出功率的可控波束形成技术、高分辨率谱估计技术和基于声达时间差的声源定位技术。

成都电子科技大学肖华在2008年发表的《麦克风阵列的校正方法研究》中采用三个不同位置的校正声源来校正麦克风阵列中麦克风位置。该方案将一个声源先后放置于三个位置，分三次进行信号的采集与计算，最后将三次计算结果融合得到麦克风位置。但该方法存在信号采集操作较繁琐，效率较低，只能离线计算，无法实现麦克风位置的在线估计的缺陷。CN103439689B公开了一种分布式麦克风阵列中麦克风位置估计系统，该方法通过基于能量和时延的测距方法结合，但是存在只针对平面的麦克风阵列进行了位置估计，无法实现空间分布麦克风的位置估计的缺陷。CN105388459A公开了分布式麦克风阵列网络的鲁棒声源空间定位方法，通过两次估计来最终确定声源的空间位置，其存在需要通过两个麦克风阵列确定三维空间坐标，安装不便的缺陷。本申请人早先申请的CN201010191634.1一种声源定位装置和CN201310001460.1三维空间声源定位方法所涉及的技术主题和技术方案与本发明的所涉及的技术主题和技术方案完全不同。前两者所用的麦克风阵列的空间构成为正四面体结构，所需要定位的对象为声源，而本发明设计的声源阵列结构为平面四边形结构，对四边行的排列无特殊要求，所应用的场景更广泛，所需要定位的对象为麦克风。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：一种基于声源阵列的空间麦克风定位其方法，该方法利用声源分布单元、参考麦克风、待定位麦克风以及麦克风信号处理单元构成的设备，选择采用三个不同频带的声音信号作为三个声源的发声信号来实现麦克风位置的空间估计，该三个频带不同的声音信号被待定位麦克风和参考麦克风所接收，通过计算待定位麦克风与声源之间的距离，计算出待定位麦克风的空间位置，通过声达时间差和几何体积求解的方式实现基于声源阵列的空间麦克风定位；本发明克服了现有技术存在的操作较繁琐，效率较低，安装不便，只能离线计算，无法实现麦克风位置的在线估计和无法实现空间分布麦克风的位置估计的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种基于声源阵列的空间麦克风定位方法，具体步骤如下：

第一步，设定基于声源阵列的空间麦克风定位方法所用的设备：