便攜式聲源定位裝置及其采用的定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對(duì)單聲源或多聲源進(jìn)行定位的便攜式聲源定位裝置，以及該裝置所采用的定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的聲源定位裝置通常需要數(shù)量較多的聲音采集裝置(麥克風(fēng)等)，使得其體積較大，便攜性較差。同時(shí)，其采用的聲源定位方法主要有:1、基于波速形成法的聲源定位方法；其基本思想是:通過(guò)將各陣元輸出進(jìn)行加權(quán)求和，調(diào)節(jié)麥克風(fēng)接收陣列方向?qū)ふ易畲筝敵龉β史较虻狞c(diǎn)，該點(diǎn)即為聲源點(diǎn)。該方法需要麥克風(fēng)數(shù)量較多，同時(shí)數(shù)據(jù)的處理量較大，故不能應(yīng)用到實(shí)時(shí)系統(tǒng)。同時(shí)，還需要聲源信號(hào)和環(huán)境噪聲的先驗(yàn)知識(shí)，故對(duì)精度有一定影響。2、基于時(shí)延估計(jì)定位的方法:該方法大多針對(duì)于單聲源。而現(xiàn)實(shí)中大多為多聲源環(huán)境，所以實(shí)用性較差?；跁r(shí)延估計(jì)確定聲源位置主要通過(guò)幾何定位法或是目標(biāo)函數(shù)搜索定位法。故而，這兩種方法要求計(jì)算量較大，并且對(duì)聲源位置有一定限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的便攜式聲源定位裝置及其采用的計(jì)算量小、應(yīng)用范圍廣的定位方法。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種便攜式聲源定位裝置，包括能夠轉(zhuǎn)動(dòng)而改變軸向方向的圓柱形支架、設(shè)置于所述的圓柱形支架的兩個(gè)底面的圓周上用于采集聲音信號(hào)的若干個(gè)傳聲器、設(shè)置于所述的圓柱形支架的一個(gè)底面中央的激光指示器、設(shè)置于所述的圓柱形支架的另一個(gè)底面上的具有坐標(biāo)的顯示器、與各個(gè)所述的傳聲器相連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、與所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接并對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理而輸出控制信號(hào)的數(shù)據(jù)處理模塊，所述的數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端分別與所述的顯示器和所述的圓柱形支架相連接。
[0005]所述的顯示器為L(zhǎng)ED屏幕。
[0006]所述的便攜式聲源定位裝置包括4-6個(gè)所述的傳聲器。
[0007]優(yōu)選的，所述的便攜式聲源定位裝置包括5個(gè)所述的傳聲器，其中3個(gè)所述的傳聲器位于所述的圓柱形支架上設(shè)置所述的激光指示器的底面的圓周上并均勻分布，另2個(gè)所述的傳聲器位于所述的圓柱形支架上設(shè)置有所述的顯示器的底面上并分布于其一條直徑的兩端。
[0008]所述的激光指示器所發(fā)出的激光信號(hào)經(jīng)過(guò)所述的顯示器上的坐標(biāo)原點(diǎn)，且所述的激光指示器所發(fā)出的激光信號(hào)與所述的圓柱形支架的中軸線方向相平行。
[0009]一種上述便攜式聲源定位裝置采用的定位方法，包括:
(1)將所述的圓柱形支架置于初始位置，通過(guò)各個(gè)所述的傳聲器采集聲音信號(hào)；
(2)所采集的各聲音信號(hào)通過(guò)所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)送入所述的數(shù)據(jù)處理模塊；
(3)所述的數(shù)據(jù)處理模塊分別計(jì)算各個(gè)所述的聲音信號(hào)的時(shí)延值，并將計(jì)算所得的時(shí)延值帶入聲源位置解析公式，求得聲源坐標(biāo)；
(4)按照所求得的聲源坐標(biāo)在所述的顯示器上進(jìn)行標(biāo)示得到標(biāo)示點(diǎn)；
(5)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)所述的圓柱形支架至指示位置，使得在所述的指示位置時(shí)所述的顯示器的坐標(biāo)原點(diǎn)與在所述的初始位置時(shí)標(biāo)示得到的標(biāo)示點(diǎn)相重合，此時(shí)，所述的激光器發(fā)出的激光信號(hào)所指示的方向即為聲源所在方向。
[0010]所述的便攜式聲源定位裝置具有單聲源模式和多聲源模式；
在所述的單聲源模式下，所述的步驟(3)中，采用廣義互相關(guān)法求取所述的時(shí)延值，從而根據(jù)所述的聲源位置解析公式，求得聲源坐標(biāo)；
在所述的多聲源模式下，所述的步驟(3)中，對(duì)所述的傳聲器所采集的聲音信號(hào)通過(guò)短時(shí)傅里葉變換進(jìn)行時(shí)頻分析而獲得極大值點(diǎn)，選取所述的極大值點(diǎn)而對(duì)所述的聲音信號(hào)進(jìn)行時(shí)域截取和頻域?yàn)V波處理，再根據(jù)處理后的信號(hào)求取各個(gè)所述的聲音信號(hào)的時(shí)延值，從而根據(jù)所述的聲源位置解析公式，求得聲源坐標(biāo)。
[0011]在所述的單聲源模式下，多次選取η個(gè)所述的傳聲器所采集的聲音信號(hào)，η為小于所述的傳聲器個(gè)數(shù)的正整數(shù)，每選取一次η個(gè)所述的傳聲器所采集的聲音信號(hào)，則利用廣義互相關(guān)法求取所述的時(shí)延值，再根據(jù)幾何關(guān)系求解所述的聲源坐標(biāo)的待定值，從而得到多個(gè)所述的聲源坐標(biāo)待定值，再將多個(gè)所述的聲源坐標(biāo)的待定值做平均而獲得所述的聲源坐標(biāo)。
[0012]在所述的多聲源模式下，求得所述的聲源坐標(biāo)后對(duì)其進(jìn)行冗余檢查而刪去重復(fù)的聲源坐標(biāo)。
[0013]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明的便攜式聲源定位裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧，較佳的便攜性；2、本發(fā)明的便攜式聲源定位裝置采用的定位方法計(jì)算量小，能夠快速、準(zhǔn)確的獲得聲源位置，且單聲源環(huán)境、多聲源環(huán)境均適用，精度較高。
【附圖說(shuō)明】
[0014]附圖1為本發(fā)明的便攜式聲源定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]附圖2為本發(fā)明在多聲源模式時(shí)的定位方法的流程示意圖。
[0016]以上附圖中:1、圓柱形支架；2、傳聲器；3、激光指示器；4、顯示器；5、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；6、數(shù)據(jù)處理模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0018]實(shí)施例一:參見(jiàn)附圖1所示。一種便攜式聲源定位裝置，包括圓柱形支架1、若干個(gè)傳聲器2、激光指示器3、顯示器4、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5以及數(shù)據(jù)處理模塊6。
[0019]圓柱形支架I呈圓柱形，其具有兩個(gè)相對(duì)的圓形底面以及一個(gè)連接兩個(gè)底面的側(cè)面。該圓柱形支架I能夠轉(zhuǎn)動(dòng)而改變其軸向方向，例如可以設(shè)置驅(qū)動(dòng)裝置，并以其一個(gè)底面的中心為旋轉(zhuǎn)中心而旋轉(zhuǎn)。
[0020]傳聲器2用于采集聲音信號(hào)，其設(shè)置于圓柱形支架I的兩個(gè)底面的圓周上，數(shù)量為4-6個(gè)，在本實(shí)施例中，共設(shè)置5個(gè)傳聲器2，其中3個(gè)傳聲器2位于圓柱形支架I的一個(gè)底面的圓周上并均勻分布，另2個(gè)傳聲器2位于圓柱形支架I的另一個(gè)底面上并分布于其一條直徑的兩端，且兩個(gè)底面上各取一個(gè)傳聲器2，二者的連線沿圓柱形支架I的軸線方向。
[0021]激光指示器3用于發(fā)出激光，其設(shè)置在圓柱形支架I的一個(gè)底面的中央，例如設(shè)置在具有3個(gè)傳聲器2的那個(gè)底面的中央，而其所發(fā)出的激光與圓柱形支架I的中軸線方向相平行。
[0022]顯示器4采用LED屏幕，其設(shè)置在圓柱形支架I的另一個(gè)底面上，即設(shè)置有2個(gè)傳聲器2的那個(gè)底面上。該顯示器4上具有相垂直的坐標(biāo)，該坐標(biāo)與圓柱形支架I的軸向相垂直，且坐標(biāo)原點(diǎn)位于顯示器4所在的底面的中心處，使得激光指示器3所發(fā)出的激光信號(hào)經(jīng)過(guò)顯示器4上的坐標(biāo)原點(diǎn)。
[0023]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5和數(shù)據(jù)處理模塊6可以外接也可以內(nèi)置于圓柱形支架I中。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5與各個(gè)傳聲器2相連接，從而能夠獲得傳聲器2所采集到的聲音信號(hào)。而數(shù)據(jù)處理模塊6又與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5相連接，從而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5將獲得的聲音信號(hào)傳至數(shù)據(jù)處理模塊6中進(jìn)行相應(yīng)處理。數(shù)據(jù)處理模塊6根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果而通過(guò)其輸出端而輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)分為兩部分，一方面與顯示器4相連接并傳送信號(hào)，另一方面與圓柱形支架I相連接并傳送信號(hào)。
[0024]該便攜式聲源定位裝置通過(guò)以下定位方法來(lái)指示聲源位置:
首先，將圓柱形支架I置于初始位置，再通過(guò)各個(gè)傳聲器2采集聲音信號(hào)；
然后，所采集的各聲音信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5送入數(shù)據(jù)處理模塊6中進(jìn)行相應(yīng)處理，從而獲得聲源坐標(biāo)；
接著，數(shù)據(jù)處理模塊6向顯示器4輸出包含聲源坐標(biāo)的控制信號(hào)，從而按照所求得的聲源坐標(biāo)在顯示器4上進(jìn)行標(biāo)示得到標(biāo)示點(diǎn)；
此時(shí)，數(shù)據(jù)處理模塊6再向圓柱形支架I輸出控制信號(hào)，從而轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)圓柱形支架I至指示位置，使得在指示位置時(shí)顯示器4的坐標(biāo)原點(diǎn)與在初始位置時(shí)標(biāo)示得到的標(biāo)示點(diǎn)相重合。則此時(shí)，激光器發(fā)出的激光信號(hào)所指示的方向即為聲源所在方向。
[0025]在數(shù)據(jù)處理模塊6處理聲音信號(hào)而得到聲源坐標(biāo)的過(guò)程中，可以采用現(xiàn)有的聲源分析方法，但最優(yōu)選的方法為:數(shù)據(jù)處理模塊6分別計(jì)算各個(gè)聲音信號(hào)的時(shí)延值，并將計(jì)算所得的時(shí)延值帶入聲源位置解析公式，求得聲源坐標(biāo)。
[0026]該便攜式聲源定位裝置具有單聲源模式