[实用新型]应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置

说明书

技术领域

本发明属于声音定位技术领域，特别是一种应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置。

背景技术

单麦克风系统获得高质量的声源信号要求声源和麦克风之间的位置相对固定，当麦克风距离声源很远，或者存在一定程度的混响及干扰的情况下，会使拾取信号的质量严重下降。为了解决单麦克风系统的这些局限性，人们提出了用麦克风阵列进行语音处理的方法，因为麦克风阵列系统较之单麦克风系统具有许多优点：麦克风阵列系统具有空间选择特性；允许目标在一定范围内移动而不改变接受方向；便于对移动目标的自动探测、定位。

国外主要将麦克风阵列技术用于语音获取、语音识别、声源定位等方向。1985年Flanagan将麦克风阵列引入到大型会议的语音增强中，并开发出很多实际产品。1987年Silverman将麦克风阵列引入到语音识别系统，1992年又将阵列信号处理用于移动环境下的语音获取，后来将其应用于说话人识别。1995年Flanagan在混响环境下用阵列信号处理对声音进行捕获。1996年Silverman和Brandstein开始将其应用于声源定位中，用于确定和实时跟踪说话人的位置。尤其在声源定位这一领域，国外的研究确实比我们先走一步，国内主要将麦克风阵列技术用在视频监控等方向。如中国兵器工业集团、海康威视公司等都有相关产品的研发。而在声探测和识别方面相对于国外较为落后，到目前为止还没有自主产权的麦克风阵列产品。现有的麦克风阵列语音定位系统大多采用Codec类的音频编解码器作为采集信号的核心，这种设计在两路以上声音信号采集中很难做到真正同步，而且信号放大增益不是连续可调的，只有固定的几个增益值可选，采样频率也不是连续可控的，仅有几个固定的采样频率值可供选择，在某些对声音信号增益值或者采样频率值有特定要求的环境下使用起来有很大不便；当需要采集两路以上声音信号时，Codec编解码器必须首先传出自己的硬件ID号，然后才能传输出采集的数据，以便数字信号处理单元识别是哪路采集电路传回的数据，这使得每次启动采集都需要执行这种步骤，在一定程度上降低了系统性能，影响了系统的实时性。

语音听觉定位相比于现有的视觉图像定位具有不可替代的优势，首先，视觉场被限定在小于180°的范围内，且不能穿过不透光的障碍物，容易受到环境光线强弱的影响，因此单纯依靠机器人视觉获取外界信息来进行定位的精度相对较低。 相比于语音定位系统，一些生命探测仪系统主要依靠捕捉人体超低频电波产生之电场(由心脏产生)来找到“活人”的位置，遇到金属障碍物时，由于这种电场易受到金属的干扰，甚至被屏蔽，因而生命探测仪检测距离受到严重影响，语音定位系统具有相对结构简单，易于实现，相对经济，不易因障碍物而影响检测距离等优势。 

现有的语音定位装置大都应用于视频电话会议，无线通信等领域，而将基于麦克风阵列的语音定位技术应用于人员搜救或救援机器人领域是该领域的一个重大进步，不可否认，所述语音定位系统在人员搜救或救援机器人执行任务搜救被困人员时提供被困人员的具体位置，为搜救提供确切的目标位置，很大程度上提高了救援效率，也为救援争取了宝贵的时间，因此所述语音定位系统在人员搜救或救援机器人领域具有重大的实际意义和应用价值；除了所述语音定位技术极少应用与人员搜救或救援机器人领域外，发明人还发现，在现有的麦克风阵列拾取声音是都需要传回麦克风的位置信息，或者传回与麦克风相连的采集电路的ID号，用于识别是哪一路的麦克风传回的信号；现有麦克风阵列定位装置大都只能定位单个目标，而且使用时对环境的信噪比要求比较高，这在实际使用时带来很多不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在信噪比不高的救援环境下，能实现多目标的定位，且速率快，成本低，精度高，具有一定的实时性，易于实现的应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置，所述系统包括麦克风阵列、前置选频放大电路、多通道同步采样模块、数据信号处理单元、数据存储模块和目标位置实时显示模块；数据信号处理单元与数据存储模块、多通道同步采样模块和目标位置实时显示模块三个模块相连；多通道同步采样模块还与前置选频放大电路相连；麦克风阵列仅与前置选频放大电路相连。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）将基于麦克风阵列的语音定位技术应用于人员搜救或救援机器人领域，与传统的视觉定位和基于电场的生命探测相比具有不可替代的优势，是人员搜救或救援机器人领域的一大进步。