[发明专利]一种声学感知系统及增大声学感知范围的方法

说明书

本发明公开了一种声学感知系统及增大声学感知范围的方法，系统包括前处理模块、信号收发模块和后处理模块；前处理模块用于选择信号帧，对信号帧进行频域插值以获取定长信号帧，调制为超声波信号后上传至信号收发模块；信号收发模块包括发送端和接收端，发送端用于持续发送定长信号帧，接收端用于接收承载物体运动信息的定长信号帧并上传至后处理模块；后处理模块用于计算定长信号帧的信道冲激响应(ChannelImpulseResponse，CIR)，将定长信号帧与最大感知距离相对应并建立定量关系，并通过绘制CIR热图的方式将其可视化。只需根据不同应用场景需求，改变原始发送定长信号帧的长度即可灵活地调整感知距离范围，从而实现更精准、更大范围的感知。

技术领域

本发明属于智能感知领域，特别是涉及一种声学感知系统及增大声学感知范围的方法。

背景技术

目前对物理世界的感知已进入泛在智能的新阶段，物联网与人工智能技术共同推动着社会从万物互联向万物智联的时代迈进，智能无线感知作为物联网与人工智能的交叉领域，正反映了这一趋势，成为学术界与工业界的研究热点与重点。智能感知常见的技术方案包括利用无线信号、蓝牙、惯性传感器、图像处理等方式进行感知。也有研究通过传感器融合的方式，将多个传感器的输出进行融合，以提升系统性能；或者利用可穿戴设备，对人体的常见运动进行感知。这些方法各有利弊，按使用场景不同也各有限制。例如，细粒度的高频段无线信号感知常需要特制的硬件，如谷歌在Soli系统中使用的定制芯片；蓝牙的数据传输速率较低，不适用于对精确性和实时性要求较高的感知应用；惯性传感器累积误差较大且难以消除等。

超声波信号是指超越人耳听觉的声波，其声波频率一般大于18KHz。超声波具有方向性好、反射性强和易于获得较集中的声能等特点，在测距、测速和定位等领域均有广泛的应用，在医学、军事和工业等方面也有极大的利用价值。在智能感知领域，声学感知越来越受到人们的青睐和重视。声学感知所需硬件设备普适性高，扬声器和麦克风随处可见，许多智能终端设备也内嵌了扬声器与麦克风。此外，利用超声波信号进行感知，适用场景丰富，环境中的低频噪声和人声对其造成的干扰有限。但由于超声波信号空间传播能量衰减严重，现有的声学感知方案采用近场感知(Near-Field Sensor)，感知范围较小，感知距离较短(通常小于0.5米)。现有技术为了增加信号强度，通常需额外布局增益放大模块或采用具备更高发射功率的设备和天线，这不仅增加了硬件设备的复杂度，也使经济成本增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需增加发送功率和升级改造现有硬件即可提高最远感知距离的声学感知系统及增大声学感知范围的方法。

本发明提供的这种声学感知系统，包括

前处理模块、信号收发模块和后处理模块；

前处理模块用于选择信号帧，对信号帧进行频域插值以获取定长信号帧，调制为超声波信号后上传至信号收发模块；

信号收发模块包括发送端和接收端，发送端用于持续发送定长信号帧，接收端用于接收承载物体运动信息的定长信号帧并上传至后处理模块；

后处理模块用于计算定长信号帧的信道冲激响应(Channel Impulse Response，CIR)，将定长信号帧与最大感知距离相对应并建立定量关系，并通过绘制CIR热图的方式将其可视化。

所述前处理模块包括基带信号选择模块、插值模块与调制模块；

基带信号选择模块用于选取恒幅值零自相关的信号帧并传递至插值模块；

插值模块用于对信号帧进行频域插值。

调制模块用于将基带信号调制为人耳听不见的超声波信号。

所述发送端为扬声器，所述接收端为麦克风。

所述后处理模块包括信道冲激响应模块、提取模块、计算模块、可视化模块；