本發(fā)明涉及聲源定位，尤其涉及一種聲源識別定位系統(tǒng)計(jì)量校準(zhǔn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、聲源定位技術(shù)領(lǐng)域涉及一系列方法和技術(shù)，旨在確定聲音發(fā)生的精確位置，這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于多種場合，如安全監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、航空控制、醫(yī)療領(lǐng)域中的聽力測試，聲源定位技術(shù)的核心在于信號處理，通過接收來自不同方向的聲波，利用算法計(jì)算聲源的位置，涉及多個(gè)傳感器或麥克風(fēng)，捕捉聲波的時(shí)間差和能量差異，從而進(jìn)行分析和定位，現(xiàn)代聲源定位系統(tǒng)可能結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，提高定位精度和環(huán)境適應(yīng)性。

2、其中，聲源識別定位系統(tǒng)計(jì)量校準(zhǔn)方法是一種技術(shù)手段，旨在提升聲源定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，通過對聲源識別定位系統(tǒng)內(nèi)部的傳感器和算法進(jìn)行校準(zhǔn)，確保聲源識別和定位的結(jié)果具有高度精確性，此方法的用途包括音頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化、噪聲源監(jiān)測、聲音導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)。校準(zhǔn)過程包括環(huán)境噪聲分析、傳感器靈敏度調(diào)整及信號處理算法的優(yōu)化，從而使聲源識別定位系統(tǒng)在不同的操作環(huán)境下都能保持高效和精確的工作性能。

3、現(xiàn)有的聲源識別定位系統(tǒng)計(jì)量校準(zhǔn)方法廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，其核心挑戰(zhàn)之一在于無法高效適應(yīng)環(huán)境復(fù)雜性增加時(shí)的精確定位需求，現(xiàn)有技術(shù)在處理多障礙物環(huán)境中的聲波反射和多路徑效應(yīng)時(shí)效率不高，容易因環(huán)境變量多而導(dǎo)致數(shù)據(jù)分析的不準(zhǔn)確，這直接影響到聲源定位的精度和可靠性，傳統(tǒng)聲源定位系統(tǒng)的麥克風(fēng)陣列配置較為固定，缺乏針對特定環(huán)境動(dòng)態(tài)調(diào)整的能力，這在動(dòng)態(tài)或不斷變化的環(huán)境中造成定位的延遲和錯(cuò)誤，導(dǎo)致聲源識別定位系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中無法達(dá)到預(yù)期的監(jiān)控和導(dǎo)航精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種聲源識別定位系統(tǒng)計(jì)量校準(zhǔn)方法及系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案，一種聲源識別定位系統(tǒng)計(jì)量校準(zhǔn)方法，包括以下步驟：

3、s1：在預(yù)定環(huán)境中部署環(huán)境聲音采集設(shè)備，調(diào)整聲源與環(huán)境交互參數(shù)，記錄差異化聲源條件下的聲波傳播數(shù)據(jù)，生成初始聲學(xué)場景數(shù)據(jù)；

4、s2：基于所述初始聲學(xué)場景數(shù)據(jù)，通過測量聲波在多種障礙物環(huán)境下的反射角度和距離，對聲波傳播路徑進(jìn)行分析，并繪制聲波傳播的圖像，建立聲波路徑模型；

5、s3：基于所述聲波路徑模型，設(shè)置聲源與麥克風(fēng)之間的相互作用實(shí)驗(yàn)，模擬聲源沿差異化路徑移動(dòng)，收集聲音數(shù)據(jù)，分析聲音數(shù)據(jù)的變化，構(gòu)建聲源動(dòng)態(tài)模擬數(shù)據(jù)；

6、s4：對所述聲源動(dòng)態(tài)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，調(diào)整麥克風(fēng)的收集靈敏度，根據(jù)聲波時(shí)間差和強(qiáng)度差計(jì)算聲源位置，識別聲源當(dāng)前坐標(biāo)，獲取聲源精度定位信息；

7、s5：基于所述聲源精度定位信息，重新配置麥克風(fēng)陣列，調(diào)整麥克風(fēng)對聲源的角度和距離，優(yōu)化聲波捕捉效率，得到優(yōu)化后的配置方案；

8、s6：使用所述優(yōu)化后的配置方案進(jìn)行聲源識別定位系統(tǒng)測試，測量聲源的預(yù)測位置與實(shí)時(shí)位置的偏差，并確定校準(zhǔn)策略，生成聲源識別定位系統(tǒng)驗(yàn)證結(jié)果。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述初始聲學(xué)場景數(shù)據(jù)包括聲音強(qiáng)度級別、聲源方位角、聲源與麥克風(fēng)的距離，所述聲波路徑模型包括聲波傳播速度、聲波傳播路徑幾何形態(tài)、聲波反射點(diǎn)坐標(biāo)，所述聲源動(dòng)態(tài)模擬數(shù)據(jù)包括聲源速度變化、聲源方向變化、聲源與麥克風(fēng)的對應(yīng)移動(dòng)距離，所述聲源精度定位信息包括聲波到達(dá)時(shí)間差、聲源最終確定坐標(biāo)、聲源定位誤差范圍，所述優(yōu)化后的配置方案包括麥克風(fēng)數(shù)量配置、麥克風(fēng)布局優(yōu)化、麥克風(fēng)靈敏度調(diào)整，所述聲源識別定位系統(tǒng)驗(yàn)證結(jié)果包括聲源實(shí)時(shí)位置精度、聲源位置預(yù)測與實(shí)時(shí)偏差、校準(zhǔn)后系統(tǒng)性能提升。

10、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，在預(yù)定環(huán)境中部署環(huán)境聲音采集設(shè)備，調(diào)整聲源與環(huán)境交互參數(shù)，記錄差異化聲源條件下的聲波傳播數(shù)據(jù)，生成初始聲學(xué)場景數(shù)據(jù)的步驟具體為：

11、s101：在預(yù)定環(huán)境中部署環(huán)境聲音采集設(shè)備，根據(jù)聲源位置和環(huán)境的聲學(xué)特性調(diào)整設(shè)備的位置和方向，記錄設(shè)備的設(shè)置參數(shù)，采集并保存環(huán)境中的原始聲音數(shù)據(jù)，生成聲源布局文件；

12、s102：采用所述聲源布局文件中記錄的參數(shù)，調(diào)節(jié)聲源的頻率和音量，模擬差異化環(huán)境交互的聲學(xué)條件，監(jiān)測聲波的傳播路徑和行為，并記錄聲波在多種條件下的傳播特性，生成聲波行為記錄；

13、s103：通過所述聲波行為記錄，分析聲波的傳播速度、方向和衰減情況，記錄聲波行為的變化并繪制聲學(xué)場景，構(gòu)建聲學(xué)模擬的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，生成初始聲學(xué)場景數(shù)據(jù)。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，基于所述初始聲學(xué)場景數(shù)據(jù)，通過測量聲波在多種障礙物環(huán)境下的反射角度和距離，對聲波傳播路徑進(jìn)行分析，并繪制聲波傳播的圖像，建立聲波路徑模型的步驟具體為：

15、s201：基于所述初始聲學(xué)場景數(shù)據(jù)，配置實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將多種形狀和材質(zhì)的障礙物定位于測試區(qū)域，采用聲波測量設(shè)備對每個(gè)障礙物發(fā)射聲波并接收反射波，分別記錄多障礙物的反射角度和距離數(shù)據(jù)，得到聲波反射數(shù)據(jù)集；

16、s202：采用所述聲波反射數(shù)據(jù)集，在聲波傳播圖像繪制平臺上輸入聲波頻率和波速參數(shù)，對每個(gè)障礙物的聲波傳播路徑進(jìn)行視覺化處理，記錄聲波的直線傳播和反射后的路徑變化，生成聲波傳播圖；

17、s203：基于所述聲波傳播圖，在聲學(xué)模擬環(huán)境中構(gòu)建聲波路徑模型，輸入障礙物位置和聲波特性參數(shù)，模擬聲波在目標(biāo)環(huán)境中的傳播過程，調(diào)整模型參數(shù)并匹配實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)，構(gòu)建聲波路徑模型。

18、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，基于所述聲波路徑模型，設(shè)置聲源與麥克風(fēng)之間的相互作用實(shí)驗(yàn)，模擬聲源沿差異化路徑移動(dòng)，收集聲音數(shù)據(jù)，分析聲音數(shù)據(jù)的變化，構(gòu)建聲源動(dòng)態(tài)模擬數(shù)據(jù)的步驟具體為：

19、s301：基于所述聲波路徑模型，在實(shí)驗(yàn)區(qū)配置聲源和麥克風(fēng)，通過測量并記錄聲源與麥克風(fēng)的初始對應(yīng)位置，調(diào)整聲源沿預(yù)設(shè)路徑動(dòng)態(tài)移動(dòng)的軌跡，同步調(diào)整麥克風(fēng)的角度和距離并匹配聲源的移動(dòng)，生成聲源配置及數(shù)據(jù)記錄；

20、s302：基于所述聲源配置及數(shù)據(jù)記錄，啟動(dòng)聲源按設(shè)定的路徑動(dòng)態(tài)移動(dòng)，對每一位置的聲音進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，記錄聲源在差異化位置時(shí)與麥克風(fēng)的對應(yīng)距離和角度，生成動(dòng)態(tài)聲源數(shù)據(jù)集；

21、s303：利用所述動(dòng)態(tài)聲源數(shù)據(jù)集，分析在多個(gè)位置的聲音數(shù)據(jù)，包括聲音的強(qiáng)度、頻率參數(shù)的變動(dòng)，記錄聲源在差異化環(huán)境條件下的聲學(xué)表現(xiàn)，通過對聲源移動(dòng)影響的描述，生成源動(dòng)態(tài)模擬數(shù)據(jù)。

22、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，對所述聲源動(dòng)態(tài)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，調(diào)整麥克風(fēng)的收集靈敏度，根據(jù)聲波時(shí)間差和強(qiáng)度差計(jì)算聲源位置，識別聲源當(dāng)前坐標(biāo)，獲取聲源精度定位信息的步驟具體為：

23、s401：基于所述聲源動(dòng)態(tài)模擬數(shù)據(jù)，調(diào)整麥克風(fēng)的收集靈敏度，通過在控制環(huán)境中使用標(biāo)準(zhǔn)音源發(fā)出聲波，逐步調(diào)節(jié)麥克風(fēng)靈敏度參數(shù)，記錄設(shè)定下麥克風(fēng)的響應(yīng)，獲得調(diào)整后麥克風(fēng)參數(shù)數(shù)據(jù)；

24、s402：基于所述調(diào)整后麥克風(fēng)參數(shù)數(shù)據(jù)，對環(huán)境中的聲源動(dòng)態(tài)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行聲波收集，通過麥克風(fēng)陣列捕捉聲波的到達(dá)時(shí)間差和強(qiáng)度差，并進(jìn)行差異記錄，對每個(gè)聲源發(fā)出點(diǎn)到麥克風(fēng)的距離和方向進(jìn)行計(jì)算，生成聲源相對位置信息；

25、s403：利用所述聲源相對位置信息，應(yīng)用波束形成算法，對麥克風(fēng)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，通過計(jì)算差異化麥克風(fēng)的聲波時(shí)間差和強(qiáng)度差，推斷聲源的坐標(biāo)，構(gòu)建聲源精度定位信息。

26、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述波束形成算法的公式如下：

27、

28、其中，r為麥克風(fēng)陣列接收到的聲音信號的協(xié)方差矩陣，v為聲波到達(dá)差異化麥克風(fēng)的時(shí)延向量，α為調(diào)整環(huán)境噪聲影響的系數(shù)，p為環(huán)境噪聲壓力級向量，β為信號穩(wěn)定性權(quán)重系數(shù)，σ2為信號的方差，w表示加權(quán)向量。

29、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，基于所述聲源精度定位信息，重新配置麥克風(fēng)陣列，調(diào)整麥克風(fēng)對聲源的角度和距離，優(yōu)化聲波捕捉效率，得到優(yōu)化后的配置方案的步驟具體為：

30、s501：基于所述聲源精度定位信息，評估和配置麥克風(fēng)陣列的布局，針對每個(gè)麥克風(fēng)，根據(jù)聲源的位置，調(diào)整麥克風(fēng)的角度和距離，進(jìn)行新麥克風(fēng)位置和設(shè)置的記錄，生成聲源位置匹配記錄；

31、s502：基于所述聲源位置匹配記錄，在實(shí)驗(yàn)場地重新配置每個(gè)麥克風(fēng)到調(diào)整后的位置，利用角度測量工具和距離測量設(shè)備設(shè)定每個(gè)麥克風(fēng)的方位和距離，記錄每次調(diào)整的參數(shù)，生成麥克風(fēng)位置調(diào)整記錄；

32、s503：利用所述麥克風(fēng)位置調(diào)整記錄，對新配置的麥克風(fēng)陣列進(jìn)行聲波捕捉效率的測試，測量和記錄每個(gè)麥克風(fēng)在新位置上的聲波接收效率，并驗(yàn)證位置調(diào)整是否提升整體的聲波捕捉性能，驗(yàn)證聲源識別定位系統(tǒng)的性能，生成與優(yōu)化后的配置方案。

33、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，使用所述優(yōu)化后的配置方案進(jìn)行聲源識別定位系統(tǒng)測試，測量聲源的預(yù)測位置與實(shí)時(shí)位置的偏差，并確定校準(zhǔn)策略，生成聲源識別定位系統(tǒng)驗(yàn)證結(jié)果的步驟具體為：

34、s601：基于所述優(yōu)化后的配置方案，利用標(biāo)準(zhǔn)聲源在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行聲源位置預(yù)測測試，逐一調(diào)整聲源的位置，同步記錄聲源識別定位系統(tǒng)預(yù)測的坐標(biāo)，獲取聲源識別定位系統(tǒng)預(yù)測位置數(shù)據(jù)；

35、s602：基于所述聲源識別定位系統(tǒng)預(yù)測位置數(shù)據(jù)，對每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的預(yù)測位置與實(shí)時(shí)聲源位置進(jìn)行測量，通過專用工具計(jì)算實(shí)時(shí)位置與預(yù)測位置之間的線性和角度偏差，記錄測試點(diǎn)的偏差值，通過分析偏差數(shù)據(jù)評估聲源識別定位系統(tǒng)的精度，生成聲源識別定位系統(tǒng)偏差分析結(jié)果；

36、s603：利用所述聲源識別定位系統(tǒng)偏差分析結(jié)果，分析偏差的常見模式和原因，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整聲源識別定位系統(tǒng)的靈敏度設(shè)置和信號處理參數(shù)，重新進(jìn)行定位精度測試，驗(yàn)證調(diào)整的有效性，生成聲源識別定位系統(tǒng)驗(yàn)證結(jié)果。

37、一種聲源識別定位系統(tǒng)計(jì)量校準(zhǔn)系統(tǒng)，所述聲源識別定位系統(tǒng)計(jì)量校準(zhǔn)系統(tǒng)用于執(zhí)行上述聲源識別定位系統(tǒng)計(jì)量校準(zhǔn)方法，所述系統(tǒng)包括：

38、環(huán)境聲學(xué)模擬模塊在預(yù)定環(huán)境中部署環(huán)境聲音采集設(shè)備，調(diào)整設(shè)備參數(shù)并匹配差異化聲源交互效果，記錄聲源在變化環(huán)境條件下的聲波傳播數(shù)據(jù)，生成初始聲學(xué)數(shù)據(jù)集；

39、聲波路徑分析模塊從所述初始聲學(xué)數(shù)據(jù)集中提取聲波反射角度和距離信息，對聲波在障礙物中的傳播行為進(jìn)行分析，通過參數(shù)化處理繪制聲波路徑圖，創(chuàng)建聲波路徑依賴模型；

40、動(dòng)態(tài)聲源模擬模塊利用所述聲波路徑依賴模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)配置，模擬聲源沿預(yù)設(shè)路徑移動(dòng)，分析數(shù)據(jù)并揭示聲源的動(dòng)態(tài)變化，建立動(dòng)態(tài)聲源數(shù)據(jù)模型；

41、聲源位置優(yōu)化模塊應(yīng)用所述動(dòng)態(tài)聲源數(shù)據(jù)模型調(diào)節(jié)麥克風(fēng)的參數(shù)設(shè)置，通過聲波時(shí)間差和強(qiáng)度差的計(jì)算定位聲源位置，獲取聲源精度定位信息；

42、聲源識別定位系統(tǒng)測試與驗(yàn)證模塊根據(jù)所述聲源精度定位信息優(yōu)化麥克風(fēng)陣列布局，對比聲源的預(yù)測位置與實(shí)時(shí)位置的偏差，得到聲源識別定位系統(tǒng)驗(yàn)證結(jié)果。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

44、本發(fā)明中，通過在環(huán)境中測量聲波的反射角度和距離來分析聲波傳播路徑，能夠?qū)β暡ㄔ谡系K物間的行為進(jìn)行更精確的模擬，這種細(xì)致的分析使得聲波路徑模型更加詳盡，顯著提升聲源定位的準(zhǔn)確性，通過模擬聲源沿不同路徑的移動(dòng)并收集相關(guān)數(shù)據(jù)，可以深入理解聲源與環(huán)境之間的交互關(guān)系，從而在調(diào)整麥克風(fēng)配置時(shí)，使聲源識別定位系統(tǒng)更好地適應(yīng)環(huán)境變化。這種靈活調(diào)整麥克風(fēng)收集靈敏度的方法不僅提高了數(shù)據(jù)采集的效率，還通過精確計(jì)算聲源位置來減少定位誤差，重新配置麥克風(fēng)陣列并優(yōu)化聲波捕捉效率，提高方法的整體響應(yīng)速度和精度，從而增強(qiáng)聲源識別定位系統(tǒng)在多變環(huán)境下的表現(xiàn)力。