便携式声源定位装置及其采用的定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对单声源或多声源进行定位的便携式声源定位装置，以及该装置所采用的定位方法。
【背景技术】
[0002]现有的声源定位装置通常需要数量较多的声音采集装置(麦克风等)，使得其体积较大，便携性较差。同时，其采用的声源定位方法主要有:1、基于波速形成法的声源定位方法；其基本思想是:通过将各阵元输出进行加权求和，调节麦克风接收阵列方向寻找最大输出功率方向的点，该点即为声源点。该方法需要麦克风数量较多，同时数据的处理量较大，故不能应用到实时系统。同时，还需要声源信号和环境噪声的先验知识，故对精度有一定影响。2、基于时延估计定位的方法:该方法大多针对于单声源。而现实中大多为多声源环境，所以实用性较差。基于时延估计确定声源位置主要通过几何定位法或是目标函数搜索定位法。故而，这两种方法要求计算量较大，并且对声源位置有一定限制。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种结构简单的便携式声源定位装置及其采用的计算量小、应用范围广的定位方法。
[0004]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种便携式声源定位装置，包括能够转动而改变轴向方向的圆柱形支架、设置于所述的圆柱形支架的两个底面的圆周上用于采集声音信号的若干个传声器、设置于所述的圆柱形支架的一个底面中央的激光指示器、设置于所述的圆柱形支架的另一个底面上的具有坐标的显示器、与各个所述的传声器相连接的数据采集系统、与所述的数据采集系统相连接并对所采集的数据进行处理而输出控制信号的数据处理模块，所述的数据处理模块的输出端分别与所述的显示器和所述的圆柱形支架相连接。
[0005]所述的显示器为LED屏幕。
[0006]所述的便携式声源定位装置包括4-6个所述的传声器。
[0007]优选的，所述的便携式声源定位装置包括5个所述的传声器，其中3个所述的传声器位于所述的圆柱形支架上设置所述的激光指示器的底面的圆周上并均匀分布，另2个所述的传声器位于所述的圆柱形支架上设置有所述的显示器的底面上并分布于其一条直径的两端。
[0008]所述的激光指示器所发出的激光信号经过所述的显示器上的坐标原点，且所述的激光指示器所发出的激光信号与所述的圆柱形支架的中轴线方向相平行。
[0009]一种上述便携式声源定位装置采用的定位方法，包括:
(1)将所述的圆柱形支架置于初始位置，通过各个所述的传声器采集声音信号；
(2)所采集的各声音信号通过所述的数据采集系统送入所述的数据处理模块；
(3)所述的数据处理模块分别计算各个所述的声音信号的时延值，并将计算所得的时延值带入声源位置解析公式，求得声源坐标；
(4)按照所求得的声源坐标在所述的显示器上进行标示得到标示点；
(5)转动调节所述的圆柱形支架至指示位置，使得在所述的指示位置时所述的显示器的坐标原点与在所述的初始位置时标示得到的标示点相重合，此时，所述的激光器发出的激光信号所指示的方向即为声源所在方向。
[0010]所述的便携式声源定位装置具有单声源模式和多声源模式；
在所述的单声源模式下，所述的步骤(3)中，采用广义互相关法求取所述的时延值，从而根据所述的声源位置解析公式，求得声源坐标；
在所述的多声源模式下，所述的步骤(3)中，对所述的传声器所采集的声音信号通过短时傅里叶变换进行时频分析而获得极大值点，选取所述的极大值点而对所述的声音信号进行时域截取和频域滤波处理，再根据处理后的信号求取各个所述的声音信号的时延值，从而根据所述的声源位置解析公式，求得声源坐标。
[0011]在所述的单声源模式下，多次选取η个所述的传声器所采集的声音信号，η为小于所述的传声器个数的正整数，每选取一次η个所述的传声器所采集的声音信号，则利用广义互相关法求取所述的时延值，再根据几何关系求解所述的声源坐标的待定值，从而得到多个所述的声源坐标待定值，再将多个所述的声源坐标的待定值做平均而获得所述的声源坐标。
[0012]在所述的多声源模式下，求得所述的声源坐标后对其进行冗余检查而删去重复的声源坐标。
[0013]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:1、本发明的便携式声源定位装置结构简单，体积小巧，较佳的便携性；2、本发明的便携式声源定位装置采用的定位方法计算量小，能够快速、准确的获得声源位置，且单声源环境、多声源环境均适用，精度较高。
【附图说明】
[0014]附图1为本发明的便携式声源定位装置的结构示意图。
[0015]附图2为本发明在多声源模式时的定位方法的流程示意图。
[0016]以上附图中:1、圆柱形支架；2、传声器；3、激光指示器；4、显示器；5、数据采集系统；6、数据处理模块。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
[0018]实施例一:参见附图1所示。一种便携式声源定位装置，包括圆柱形支架1、若干个传声器2、激光指示器3、显示器4、数据采集系统5以及数据处理模块6。
[0019]圆柱形支架I呈圆柱形，其具有两个相对的圆形底面以及一个连接两个底面的侧面。该圆柱形支架I能够转动而改变其轴向方向，例如可以设置驱动装置，并以其一个底面的中心为旋转中心而旋转。
[0020]传声器2用于采集声音信号，其设置于圆柱形支架I的两个底面的圆周上，数量为4-6个，在本实施例中，共设置5个传声器2，其中3个传声器2位于圆柱形支架I的一个底面的圆周上并均匀分布，另2个传声器2位于圆柱形支架I的另一个底面上并分布于其一条直径的两端，且两个底面上各取一个传声器2，二者的连线沿圆柱形支架I的轴线方向。
[0021]激光指示器3用于发出激光，其设置在圆柱形支架I的一个底面的中央，例如设置在具有3个传声器2的那个底面的中央，而其所发出的激光与圆柱形支架I的中轴线方向相平行。
[0022]显示器4采用LED屏幕，其设置在圆柱形支架I的另一个底面上，即设置有2个传声器2的那个底面上。该显示器4上具有相垂直的坐标，该坐标与圆柱形支架I的轴向相垂直，且坐标原点位于显示器4所在的底面的中心处，使得激光指示器3所发出的激光信号经过显示器4上的坐标原点。
[0023]数据采集系统5和数据处理模块6可以外接也可以内置于圆柱形支架I中。数据采集系统5与各个传声器2相连接，从而能够获得传声器2所采集到的声音信号。而数据处理模块6又与数据采集系统5相连接，从而数据采集系统5将获得的声音信号传至数据处理模块6中进行相应处理。数据处理模块6根据数据处理的结果而通过其输出端而输出控制信号，该控制信号分为两部分，一方面与显示器4相连接并传送信号，另一方面与圆柱形支架I相连接并传送信号。
[0024]该便携式声源定位装置通过以下定位方法来指示声源位置:
首先，将圆柱形支架I置于初始位置，再通过各个传声器2采集声音信号；
然后，所采集的各声音信号通过数据采集系统5送入数据处理模块6中进行相应处理，从而获得声源坐标；
接着，数据处理模块6向显示器4输出包含声源坐标的控制信号，从而按照所求得的声源坐标在显示器4上进行标示得到标示点；
此时，数据处理模块6再向圆柱形支架I输出控制信号，从而转动调节圆柱形支架I至指示位置，使得在指示位置时显示器4的坐标原点与在初始位置时标示得到的标示点相重合。则此时，激光器发出的激光信号所指示的方向即为声源所在方向。
[0025]在数据处理模块6处理声音信号而得到声源坐标的过程中，可以采用现有的声源分析方法，但最优选的方法为:数据处理模块6分别计算各个声音信号的时延值，并将计算所得的时延值带入声源位置解析公式，求得声源坐标。
[0026]该便携式声源定位装置具有单声源模式