[发明专利]一种新型的声源方位定位方法

说明书

本发明公开了一种新型的声源方位定位方法，利用声源方位估计算法进行声源方位定位。建立四元传声器阵列，将声源方位估计算法引入到阵列模型中，在正演数据的基础上进行声源方位数据反演。仿真结果表明：该新型算法定位精度较高，误差较低，分别比传统的直三棱锥式声源方位定位算法的水平偏角和仰角误差降低了大约10％、1％，具有较好的效果。

技术领域

本发明涉及一种声源方位估计方法，特别涉及一种新型的声源方位定位方法，属于声源定位领域。

背景技术

声源方位定位是指对空间内的声源进行位置和角度数据的确定。声源方位估计算法是根据时延估计值得到的关于声源位置的定位方程组，该定位方程组为非线性方程组。声源定位技术是一种通过釆集声源声音信号并对其进行处理，再根据相关算法确定被接受的信号相对于接受传感器来自什么方向和距离是多少，最后得到所接收声源的三维位置的被动声定位技术，有着较为广阔的应用前景。

具有代表性的是中国电子科技集团第三研究所研制并开发出的声源定位系统，该系统是由麦克风阵列和信号处理单元组成，其中信号处理单元是一个独立的包装，可以对麦克风阵列接收的信息进行相关算法的分析，测量声源的方位角、俯仰角和距离等信息。该系统的测量范围为0°到360°，有效作用距离1000米，方位角误差±3°，俯仰角误差±6°，距离误差10％到30％。

我国的声源定位系统研究还处于萌芽阶段，各种理论算法不够完善，软硬件的配置也不够高级，这还需要各领域的学者们进一步的学习和研究，使得我国的声源定位系统研究能够快速发展。

发明内容

为解决传统的基于直三棱锥式声源方位定位精度较低的问题，本发明提供一种新型的声源方位定位方法，将声源方位估计算法运用到声源方位定位中，建立传声器阵列来模拟空间中声源的存在进行定位研究，以提高声源方位定位的水平。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种新型的声源方位定位方法，该方法通过构建四元传声器阵列，反演声源位置；所述四元传声器阵列包括第一至第四传声器，以四元传声器阵列的阵元中心为坐标原点，设各传声器到坐标原点的距离均为第一至第四传声器的坐标分别为反演得到声源的坐标(x,y,z)：z＝rcosθ，为水平偏角，θ为仰角，其中，t₂₁为声源传播到第二、第一传声器的相对时延值，t₃₁为声源传播到第三、第一传声器的相对时延值，t₄₁为声源传播到第四、第一传声器的相对时延值，c为声源传播速度。

作为本发明的进一步技术方案，声源到阵元中心的距离

作为本发明的进一步技术方案，t₂₁＝t₂-t₁，t₁、t₂分别为声源传播到第一、第二传声器的时间。

作为本发明的进一步技术方案，t₄₁＝t₄-t₁，t₁、t₄分别为声源传播到第一、第四传声器的时间。

作为本发明的进一步技术方案，t₃₁＝t₃-t₁，t₁、t₃分别为声源传播到第一、第三传声器的时间。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1)弥补传统的基于直三棱锥式的声源方位定位算法的缺陷，通过利用声源方位估计算法运算量较低、定位精度较高的优点，有效解决了基于直三棱锥式声源方位定位算法定位精度较低的问题，增强了声源方位定位的时效性与精确性；

2)采用声源到达传声器的相对时间差，从算法上大大减小声音在传播过程中由于衰减和外界干扰对声源方位定位精度的影响；