[发明专利]一种三维空间音源定位方法及系统

摘要

本发明提出一种三维空间音源定位方法及系统，包括设置包括多个麦克风的麦克风组，利用多个麦克风分别录制的声源信号估计声源的距离；对设置的多个麦克风两两组合，任意两个组合为一对麦克风，对于每一对麦克风分别计算声源处于两个麦克风间的角度，得到声源处于两个麦克风之间的方位角；对于每一对麦克风，结合估算得到的声源距离，确定三维空间中一虚拟音源的位置；选择一个观测点，对于各对麦克风确定的虚拟音源进行正交分解，计算音源的水平角和高度角，定位音源的三维空间位置。本发明实时获取声源的三维空间方位及其大小，为安防监控和机器人等领域在非可见区域提供可靠的发声物体的定位技术方案。

主权项

1.一种三维空间音源定位方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，设置包括多个麦克风的麦克风组，利用多个麦克风分别录制的声源信号估计声源的距离，包括选择一个靠近麦克风组中心位置的麦克风估算得到声源距离D；步骤2，对设置的多个麦克风两两组合，任意两个组合为一对麦克风，对于每一对麦克风分别计算声源处于两个麦克风间的角度，得到声源处于两个麦克风之间的方位角α；步骤3，对于每一对麦克风，获得声源处于两个麦克风之间的方位角α后，结合估算得到的声源距离D，确定三维空间中一虚拟音源的位置，包括根据两个麦克风的中垂线偏移方位角α后，确定声源距离D处为虚拟音源的位置；步骤4，选择一个观测点，对于各对麦克风确定的虚拟音源进行正交分解，计算音源的水平角和高度角，定位音源的三维空间位置，包括观测点选择应用场景中仪器的中心点，仪器的中心点与麦克风组的中心点重合，以观测点为原点建立三维坐标模型，各虚拟音源位于球形声场的球面上，根据各个虚拟音源的坐标得到音源相对于球心的坐标，实现定位音源的三维空间位置；麦克风组包括正三角形分布的三个麦克风，步骤4中，观测点选择应用场景中仪器的中心点，与麦克风组的中心点重合，设虚拟音源A、B、C和真实音源V所对应的水平角分别为SA、SB、SC、SV，对应的高度角分别为HA、HB、HC、HV，三个虚拟音源对应的增益系数g1＝g2＝g3＝g，g为虚拟音源或实际音源到坐标原点的距离；假设球形声场半径为单位1，各个虚拟音源到坐标轴原点的距离均为1，各点坐标如下：A(x1 y1 z1)＝(g1cosHAcosSA g1cosHAsinSA g1sinHA)B(x2 y2 z2)＝(g2cosHBcosSB g2cosHBsinSB g2sinHB)C(x3 y3 z3)＝(g3cosHCcosSC g3cosHCsinSC g3sinHC)V(x y z)＝(gcosHVcosSV gcosHVsinSV gsinHV)V点坐标由A、B、C三点坐标进行表示如下，g1cosHAcosSA+g2cosHBcosSB+g3cosHCcosSC＝gcosHVcosSVg1cosHAsinSA+g2cosHBsinSB+g3cosHCsinSC＝gcosHVsinSVg1sinHA+g2sinHB+g3sinHC＝gsinHV根据以上两式得到音源相对于球心的坐标。