[发明专利]基于声音信号到达时间差的最小二乘测向方法

权利要求书

1.基于声音信号到达时间差的最小二乘测向方法，其特征在于，包括如下步骤：

声音传感器部署步骤：

在所需的区域内部署声音传感器阵列，设定其中一个声音传感器为基准传感器；

基础数据采集步骤：

获取各声音传感器之间的距离和角度值，并转换为各声音传感器三维坐标；利用所述声音传感器阵列采集声音信号；

到达时间差估计步骤：

根据采集的声音信号，先滤除脉冲声波中的环境噪声，再以基准传感器作为测量时间基准，采用传统的波峰差值法或互相关法，估计出各传感器相对于所述基准传感器到达时间差；

声音信源方向计算步骤：

(1)根据线性最小二乘测向法自变量之间存在的约束关系，粗略估计三维空间的声波方向涉及声源的方位角和俯仰角；

(2)计算确定拉格朗日乘子的数值；

(3)构建基于声音信号到达时间差的非线性约束优化测向模型，采用拉格朗日乘子法求解该模型，得到包含三个子元素的声音信源方向矢量估计值。

2.根据权利要求1所述的基于声音信号到达时间差的最小二乘测向方法，其特征在于：在所述声音传感器部署步骤中，所述阵列中的各声音传感器分别通过有线电缆连接至数据采集器；

在所述基础数据采集步骤中，利用全站仪精确测量各声音传感器之间的距离和角度值。

3.根据权利要求2所述的基于声音信号到达时间差的最小二乘测向方法，其特征在于，在所述基础数据采集步骤中，采集声音信号的方法具体为：

通过终端计算设备对所述数据采集器进行操控；利用所述数据采集器控制和触发各声音传感器对声波进行探测，同步采集声源信号；并对所述声源信号进行数模转换和增益放大处理，再通过所述采集器获取处理后的声音信号。

4.根据权利要求3所述的基于声音信号到达时间差的最小二乘测向方法，其特征在于，所述终端计算设备为笔记本电脑；所述数据采集器为多通道测量系统。

5.根据权利要求1所述的基于声音信号到达时间差的最小二乘测向方法，其特征在于，所述声音信源方向计算步骤还包括：

(4)分别计算步骤(3)中获得的各个声波方向估计值，计算声波方向矢量的三个元素平方之后的累加和，统计该累加和的值偏离约束恒定值1的多少，以此作为违反约束条件的程度大小，将违反程度小者作为新的声波方向估计值；

(5)重新执行步骤(2)至步骤(4)，再次获得并输出精确的声源方位角和俯仰角估计值。