[发明专利]一种麦克风阵列声源定位系统

说明书

技术领域

本发明涉及声源的定位，更具体地讲，涉及一种实用的麦克风阵列声源定位系统的具体实现。

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。本专利提供一种实用的麦克风阵列声源定位系统的具体实现。

系统采用基于时延估计的方法来估计声源位置，这类方法分两步进行：第一步是获得麦克风对的TDE，第二步是根据TDE和麦克风的位置获得位置估计。在获取TDE时，提出了利用CZT变换得到低于采样间隔误差的TDE方法，并对TDE结果后处理；在计算位置时，本文提出了一个闭式表达式以减小计算量。

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，该方法能够对声源定位。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种实用的麦克风阵列声源定位系统的具体实现，包括如下步骤:

S1: 获得麦克风对的 TDE;

S2: 根据 TDE和麦克风的位置获得位置估计。

进一步，为了保证100%的TDE正确率，其步骤包括:

S201: 对当前帧做VAD判决，如果不是浊音段，计算下一帧；如果是浊音段，并且浊音段已经持续超过5 帧，则取这5帧的谱的平均估计广义互功率谱，作 IFFT（Inverse Fast Fourier Transform）得到广义自相关函数R(t)

S202: 根据麦克风间距计算TDE的取值范围，在取值范围内搜索R(t)的最大值M，并找出所有比M×                                               /2大的极值点的位置；

S203:对当前得到的所有极值点位置作关联，如果某个TDE值不能关联上，则启动一条新的轨迹（每条轨迹是由各帧得到的TDE值连接起来得到的，一条轨迹中的TDE需满足如下条件：两个相邻帧的TDE值相差小于3个采样点）。

S204:整理当前轨迹，如果某条轨迹在连续1s内没有新的关联点，则删去此条轨迹

S205:读取下一帧，回到步骤1

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。

具体地，本发明所述的麦克风阵列声源定位系统包括：

麦克风阵列：本发明采用MOLA阵列。

计算声源到一对麦克风之间的时间差：为了克服TDE的精度受音频信号采样间隔限制的特点，文中提出在对信号插值时采用CZT(Chirp Z Transform)变换以取代FFT，从而减小计算量。

获得位置估计：在研究根据TDE获得位置估计时，在分析了声源不同方向上的坐标值对TDE误差的敏感度不同的基础上，利用MOLA（Mutual Ortho-Linear Array）结构，该阵列结构下求解声源位置存在闭式表达式；

提高TDE的估计精度：由于语音信号大于8KHz 的信号可以忽略，因而可以对传感器接收信号先进行抗混叠滤波，然后对滤波后的信号进行插值，这就相当于提高接收信号的采样率，因而可以获得低于采样间隔的TDE精度。

TDE的正确率：目前的 TDE 算法都不能保证100％的正确率，针对这种情况，论文中考虑利用数据关联的办法平滑TDE值。

计算量：由于对信号本身插值会带来计算量增加，因而本发明采用基于CZT的插值算法。

其中，TDE的正确率，具体步骤如下:

1）对当前帧做 VAD 判决，如果不是浊音段，计算下一帧；如果是浊音段，并且浊音段已经持续超过5帧，则取这5帧的谱的平均估计广义互功率谱，作IFFT（Inverse Fast Fourier Transform）得到广义自相关函数R(t)；

2）根据麦克风间距计算 TDE 的取值范围，在取值范围内搜索R(t)的最大值 M，并找出所有比M×/ 2大的极值点的位置；