[发明专利]一种基于忆阻器的声源定位方法及系统

说明书

本发明公布了一种基于忆阻器的声源定位方法及系统，该方法采用两个拾音器、波形转换电路、三个忆阻器以及信息处理电路，利用忆阻器的信号整合效应，可以定位声源。本发明降低了处理器的计算负担，在机器人感知领域具有极强的应用前景；此外，本发明可以采用基于纳米离子迁移的阻变器件，具有面积小、功耗低等优势，能够实现整个系统的小型化，对于机器人感知研究有着重要意义。

技术领域

本发明属于半导体(semiconductor)、人工智能(artificial intelligence)和互补型金属氧化物半导体(CMOS)混合集成电路技术领域，具体涉及一种基于忆阻器的声源定位方法。

背景技术

作为人类和拟人机器人重要的感受外部信息的能力——听觉，可以帮助人们识别和寻找周围环境中发声的物体，并实现声源位置的确定。目前，机器人声源定位的研究还处在初级阶段。从仿生的角度出发，研究人类听觉系统的理论如双耳效应和耳廓效应，可以为机器人实现声源定位提供理论方法。机器人听觉定位可以弥补视觉系统在黑暗等环境中难以完成定位的缺点。研究智能机器人听觉系统可以实现移动机器人对声源的搜寻与定位，这可以为移动机器人自主决策和行为提供依据，增强机器人在工作中的适应性，使机器人有较高的鲁棒性。机器人的声源定位功能在军事、航天、科考等领域都有着很重要的应用。

目前常用的声源定位方法主要为高分辨率谱估计法，主要包括自回归AR模型、最小方差谱估计(MV)和特征值分解方法(如Music算法)等，所有这些方法都通过获取了传声器阵列的信号来计算空间谱的相关矩阵。在理论上可以对声源的方向进行有效估计，实际中若要获得较理想的精度，需要付出很大的计算量代价，而且需要较多的假设条件。当阵列较大时这种谱估计方法的运算量很大，且对环境噪声敏感，容易导致定位不准确。因此传统声音定位方法较为复杂，难以实现小型化、微型化，且往往需要麦克风阵列，难以集成在移动设备上，因此有必要研发新型的声源定位系统。

发明内容

本发明提出了一种基于忆阻器的声源定位方法及系统，通过忆阻器整合拾音器的输入信号，读取忆阻器的阻值即可估算声源位置，可以大幅降低算法复杂性，减小计算成本，实现声源定位系统的小型化。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于忆阻器的声源定位方法，包括如下步骤：

1)两个拾音器分别位于X1、X2处，所述两个拾音器分别采集声源信号，并将声源信号转变为电信号；

2)设置波形转换电路将两个拾音器输出的电信号分别转换为驱动忆阻器的驱动信号；将所述驱动信号分为两组：(a)编码时间的驱动信号S和驱动信号D，即当拾音器被声音触发后，驱动信号S和驱动信号D立刻产生，探测周期结束后，驱动信号消失，信号电平为固定值；(b)编码强度的驱动信号F和驱动信号E，该驱动信号F和驱动信号E的电平与拾音器采集到的声音强度成正比，持续时间为固定值。

3)将驱动信号S和驱动信号D作用于忆阻器M1的顶电极和底电极，将驱动信号F作用于忆阻器M2的顶电极，将驱动信号E作用于忆阻器M3的顶电极

本发明利用忆阻器整合波形转换电路的输出信号；根据惠普忆阻器模型，忆阻器的阻值M主要与流过其的电荷数有关，即：