[发明专利]一种基于到达角度和声音强度匹配的声源定位方法及系统

说明书

本发明涉及声源定位技术领域，尤其为一种基于到达角度和声音强度匹配的声源定位方法及系统，其方法包括如下步骤：声音传感器通过内置麦克风阵列对周边声源信号进行采集，输出在二维空间各个方向角度上的声音信号强度向量（简称声强向量）序列；本发明使用软件算法实现多个声音传感器采集数据之间的同步，因而在实施时无须使用复杂的数字信号处理及时间同步技术，可有效降低设备成本，利用声音能量衰减模型实现对声源信号的匹配和识别，可以有效捕捉有效声源，实现对环境噪音的过滤，且声源定位算法简单有效，声音传感器部署方便灵活，可通过增加声音传感器密度进一步提高声源定位精度，同时系统的容错能力强、可靠性高。

技术领域

本发明涉及声源定位技术领域，具体为一种基于到达角度和声音强度匹配的声源定位方法及系统。

背景技术

声源定位技术是利用麦克风对语音信号进行拾取，并应用数字信号处理技术对语音信号进行处理，从而确定声源相对于麦克风的位置。声源定位技术在视频会议系统、环境噪音检测、机器人语音识别等领域有广泛应用和研究前景。

目前声源定位技术可分为三类：到达时间差(TDOA：Time Difference ofArrival)定位方法，到达角度(AOA：Angle of Arrival) 定位方法，以及接收信号强度定位方法。

到达时间差方法又称为双曲线方法，其原理是计算声源到达多个麦克风的时间差，利用双曲线上的点距其两个焦点的距离之差为常数这一性质，以麦克风位置为焦点，以双曲线拟合声源位置，利用两个麦克风对得到两个拟合双曲线的交点，该交点即为声源的位置。该方法实现简单，计算量小，但是对于麦克风的部署距离以及信号处理时间同步精度要求高，且抗噪音及抗混响能力较差。

到达角度定位方法使用麦克风阵列对声源进行定位。麦克风阵列是由多个麦克风按一定几何结构进行排列的设备，它具有很强的空间选择性，因此可以探测到声源在空间中的方向信息。在二维平面空间中，利用已知位置的两个麦克风阵列可以得到被测声源的两条来源方向直线，则这两条直线的交点即为被测声源的位置。该方法实现简单，但是对麦克风阵列的时钟同步要求高，且难以对瞬时噪音进行有效区分，抗干扰能力较差。

接收信号强度方法利用声音信号在空间中传播的能量衰减模型，通过部署在不同位置的多个声音传感器对声源信号强度进行采集，即可得到一组以声音传感器位置为圆心的声源估算位置，则多个估算位置圆的交点即为声源的位置。该方法以能量特征对声源进行识别，对噪音过滤能量较强，但实现较复杂。因为声音信号强度受环境影响较大，在非理想环境下定位误差较大。

综上，本发明提出了一种基于到达角度原理，结合声音信号衰减特征，在二维平面空间对声源进行连续识别和定位的方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于到达角度和声音强度匹配的声源定位方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于到达角度和声音强度匹配的声源定位方法，其方法包括如下步骤：

S1：声音传感器通过内置麦克风阵列对周边声源信号进行采集，输出在二维空间各个方向角度上的声音信号强度向量(简称声强向量)序列；

S2：声音传感器通过内置无线网络发送单元将麦克风阵列采集到的声强向量序列实时发送到计算平台；

S3：计算平台对接收到的声源信号信息进行存储，根据已知的声音传感器的位置坐标，结合接收到的声音传感器设备ID、声强向量序列、接收时刻时间戳信息，执行声源定位算法，对声源进行识别并计算出声源的位置坐标，计算结果可实时输出到显示界面展示，或者通过数据通信接口对外输出。

优选的，所述步骤S2中，声音传感器分别将探测到的声强向量，连同自身设备ID组成数据包发往计算平台。