一种模拟双耳效应的室内多声源定位装置及方法

摘要

本发明提供一种模拟双耳效应的室内多声源定位装置及方法。该装置包括声源信号采集单元、信号预处理单元、信号分析与处理单元、多声源定位结果显示单元；声源信号采集单元的输出端连接信号预处理单元的输入端，信号预处理单元的输出端连接信号分析与处理单元的输入端，信号分析与处理单元的输出端连接多声源定位结果显示单元。方法包括各声压传感器实时采集混合声源声压信号；对各声压传感器采集的混合声源声压信号进行预处理；对各声压传感器采集的混合声源声压信号进行分析与处理，完成多声源定位；显示多声源定位结果。本发明能够有效利用声压传感器测量数据，低成本、简便地定位近场目标声源，具有极大的实用价值。

主权项

一种室内多声源定位的方法，采用一种模拟双耳效应的室内多声源定位装置，包括：声源信号采集单元：包括至少4个声压传感器，分别安装在室内的正多面体支撑架的各顶点处，每2个声压传感器作为一组模拟人的双耳；信号预处理单元：对各声压传感器采集的混合声源声压信号进行预处理：信号放大、滤除噪声和干扰信号；信号分析与处理单元：对预处理后的声源声压混合信号进行盲信号分离，对不同声源到达不同声压传感器的声压比例差异和时间延时差异进行估计，分别估计出每个声源位置，进而实现对多声源定位；多声源定位结果显示单元：显示多声源定位结果；声源信号采集单元的输出端连接信号预处理单元的输入端，信号预处理单元的输出端连接信号分析与处理单元的输入端，信号分析与处理单元的输出端连接多声源定位结果显示单元；该方法包括以下步骤：步骤1、各声压传感器实时采集混合声源声压信号；步骤2、对各声压传感器采集的混合声源声压信号进行预处理：信号放大、滤除噪声和干扰信号、模拟信号转化为数字信号；步骤3、对各声压传感器采集的混合声源声压信号进行分析与处理，完成多声源定位；步骤4、显示多声源定位结果；所述步骤3包括：步骤3‑1、采用带时间延时的盲信号分离方法估计声源数目并分离出每个声源声压信号，得到各声源的声压估计信号；其特征在于，还包括：步骤3‑2、估计各声压传感器采集的混合声源声压信号中不同声源的分配情况，从而获得每个声源到达各声压传感器的声压估计信号；所述步骤3‑2中采用配比法估计各声压传感器采集的混合声源声压信号中不同声源的分配情况，具体步骤如下：步骤3‑2‑1、对声源的声压估计信号进行声压幅度规一化处理；步骤3‑2‑2、将规一化处理后的声源声压估计信号进行不同比例合成形成合成信号；步骤3‑2‑3、运用相似度分析确定合成信号谱曲线与声压传感器采集的混合声源声压信号谱曲线之间的相似程度；步骤3‑2‑4、相似程度最大时合成信号中不同声源声压估计信号的比例合成形式与声压传感器采集的混合声源声压信号最为接近，即根据该比例估计出不考虑延时情况各声压传感器 采集的混合声源声压信号中不同声源的声压幅度分配情况；步骤3‑3、利用每个声源到达各声压传感器的声压估计信号，得出每个声源到达两个不同声压传感器的声压幅度比，即声压比例差异；所述声压幅度比指有效声压比，有效声压在数值上等于瞬时声压的均方根值；步骤3‑4、根据步骤3‑2每个声源到达各声压传感器的声压估计信号，通过互相关函数分别计算每个声源的估计信号与声压传感器接收到的混合声源信号的时间延时，进而估计出每个声源信号到达两个不同声压传感器的时间延时差异；步骤3‑5、根据每个声源到达两个不同声压传感器的声压比例差异和时间延时差异对每一个声源进行位置估计；所述步骤3‑5的具体步骤如下：步骤3‑5‑1、设定原点并确定各声压传感器的位置坐标，同时设定声源位置为(x，y，z)，进而表示出各声压传感器与声源信号之间的距离；步骤3‑5‑2、选择一个声压传感器作为参考节点，得到每个声源估计信号到达参考节点的距离和每个声源到达其余声压传感器之间的距离，进而求出每个声源估计信号到达参考节点和非参考节点的距离差异；步骤3‑5‑3、根据每个声源的声压估计信号到达两个不同声压传感器的声压比例差异和时间延时差异，估计出一次声源位置；步骤3‑5‑4、选择不同参考节点，根据步骤3‑5‑2～3‑5‑3分别估计声源的位置；步骤3‑5‑5、对不同参考节点对应的同一声源的估计位置取平均值，做为该声源的位置估计值。