基于多个手机麦克风阵列的定位方法

摘要

本发明提供一种基于多个手机麦克风阵列的定位方法，包括下述步骤：(a).获取不同位置的多个手机麦克风                                                的位置，m≥1，为正整数；(b).通过归一化互相关方法，对于所有的麦克风对，计算同一声源发出的声音到麦克风和麦克风的带误差容忍的时间差范围；；根据带误差容忍的时间差范围和每对麦克风的位置，得到相应的双曲线带；(c).将所有的双曲线带叠加在平面上，平面中被双曲线带覆盖次数最多的区域即是最大可能的音源区域。本发明能够通过计算音源发出的声音到达不同位置的麦克风的时间差来确定音源的位置。

主权项

一种基于多个手机麦克风阵列的定位方法，其特征在于，包括下述步骤：(a).获取不同位置的多个手机麦克风M₁M₂M₃...M_2m的位置，m≥1，为正整数；(b).通过归一化互相关方法，对于所有的麦克风对，计算同一声源发出的声音到麦克风M_i和麦克风M_j的带误差容忍的时间差范围Δt_ij；i≠j；根据带误差容忍的时间差范围和每对麦克风的位置，得到相应的双曲线带；(c).将所有的双曲线带叠加在平面上，平面中被双曲线带覆盖次数最多的区域即是最大可能的音源区域；所述步骤(b)具体包括：通过两个不同位置的麦克风对同一音源发出的声音进行采集，分别获取第一声音序列和第二声音序列；其中第一麦克风采集的第一声音序列中的声音强度的最高时刻是t₁，第二麦克风采集的第二声音序列中声音强度的最高时刻是t₂；采集的采样率为k；分别选取第一声音序列和第二声音序列的两个声音序列的声音强度最高的时间段，得到第一麦克风的第一声音子序列X(t)和第二麦克风的第二声音子序列Y(t)；第一声音子序列X(t)和第二声音子序列Y(t)的序列长度均为L；将得到的两个子序列进行归一化互相关计算，以得到最佳匹配位置t_M，即两个子序列相对位置为t_M时，归一化互相关计算的结果CC(t₀)数值最大；归一化的互相关方法的计算公式如下所示：$\mathrm{CC}\left(t_0\right)=\frac{{\Sigma }_{t_x\in W}[X\left(t_x\right)-\overline{X\left(t\right)}][Y(t_x-t_0)-\overline{Y\left(t\right)}]}{\sqrt{{\Sigma }_{{t\in W}_0}}{[X\left(t\right)-\overline{X\left(t\right)}]}^2{\Sigma }_{{t\in W}_0}{[Y\left(t\right)-\overline{Y\left(t\right)}]}^2}$根据归一化互相关计算公式，其中一个序列为模版序列，另一个是待匹配序列；令X(t)为模版序列，Y(t)为待匹配序列；t₀为子序列Y(t)相对X(t)的位置，其取值范围是t₀∈[1－L,2L－1]；t_x为X(t)实际匹配部分位置，其取值范围是t_x∈W＝[max{0，t₀}，min{t₀+L‑1，L‑1}]；t为X(t)和Y(t)序列的位置下标，其取值范围是t∈W0＝[0,L－1]；X(t)序列的音强平均值为Y(t)序列的音强平均值为计算上述两个麦克风采集的音源的声音的时间差T₁，T₁＝|t₁‑t₂+t_M/k|；带误差容忍的时间差范围是Δt，其取值范围是Δt∈(T₁‑δ,T₁+δ)，容忍度δ＝||T₁|‑|t₁‑t₂||；对2m个位置不同的手机麦克风，这些麦克风分别是M₁M₂M₃...M_2m，m≥1，为正整数；音源的位置是K，则得到如下公式阵列：$\left\{\begin{array}{c}\forall i,j,1\le i<j\le 2m,\\ {\mathrm{\Delta t}}_{\mathrm{ij}}\in (t_l,t_u)\\ \begin{array}{cc}{V}_s{t}_l<\overline{{\mathrm{KM}}_i}-\overline{{\mathrm{KM}}_j}<V_s{t}_u& i\ne j\end{array}\end{array}\right.$其中Δt_ij是根据在第M_i个麦克风和第M_j个麦克风记录的从音源位置K发出的声音计算得到的带误差容忍的时间差范围，t_l＝T1‑δ为此时间差的最小取值，t_u＝T1+δ为此时间差的最大取值；V_s为声音速度；为音源位置K到麦克风M_i位置的距离，为音源位置K到麦克风M_j位置的距离；根据公式每对麦克风能够对音源的位置确定一个由两条双曲线组成的双曲线带，其中一条双曲线的焦点分别为M_i和M_j的位置，音源位置K到两个焦点的距离差为定值V_st_l；另一条双曲线的焦点也为M_i和M_j的位置，音源位置K到两个焦点的距离差为定值V_st_u。