一种基于pir和传声器的四元复合阵列感知布局方法
【技术领域】
[0001]本发明是在微型网络化感知节点上研宄PIR阵列与传声器阵列的联合布局方法，以达到最佳感知效果，属于测试技术领域，具体为一种基于PIR和传声器的四元复合阵列感知布局方法。
【背景技术】
[0002]PIR是一种被动式传感器，与传统的雷达探测相比，具有隐蔽性好，不易受到攻击等许多优点；并且与菲涅尔透镜的搭配使用，大大扩展了使用范围。单个高性能、高方向性的麦克风(传声器)在无噪声、无混响的情况下，在距离声源一定时，可以获得高质量的声源信号。并且传声器阵列的声源定位可以适应现实中的复杂多变环境，有效地解决了环境引入大量的噪声而导致拾取信号质量下降的问题。也能够对目标的方位角、俯仰角进行精确的定向，进而估计目标的位置坐标。
[0003]对于四元PIR传感器组成的阵列，其探测感知目标时，要求在其探测视场内没有遮蔽物，否则会造成信号采样的缺失；对于四元传声器阵列，若在阵列内有遮蔽物，会影响阵列孔径的选择，在合理范围内孔径越小，干扰越大。这样，在微型网络化节点上，由于空间体积有限，两种阵列复合时，必须考虑阵列大小和感知效果问题。因此非常需要一种能够最大限度集合PIR阵列的快速发现预警与传声器阵列的精确定位的优点，进而有效实现复合传感器阵列的微型化的布局方法。
【发明内容】
[0004]本发明为解决目前在有限的空间下复合传感器存在的空间布局相互干扰及感知效果不佳的技术问题，提供一种基于PIR和传声器的四元复合阵列感知布局方法。
[0005]本发明是采用以下技术方案实现的:一种基于PIR和传声器的四元复合阵列感知布局方法，包括四元十字形PIR感知阵列以及四元传声器阵列；所述四元十字形PIR感知阵列包括四个人体探测器；所述人体探测器包括一个PIR传感器以及与该PIR传感器相配的菲涅尔透镜；四个人体探测器环绕一个中心点等间距排列，每个人体探测器的探头均朝向外侧，分别探测水平面上的四个方向；相邻的两个人体探测器的感知区域交叉后形成一个双感知区域，四个人体探测器一共有四个双感知区域；所述四元传声器阵列包括四个传声器，四个传声器分别设在四个双感知区内。
[0006]本发明的第一目的在于提供一种在微型网络化感知节点上合理利用空间的方法，使PIR阵列与传声器阵列的复合在成为了可能。
[0007]本发明的第二目的在于提供一种基于PIR和传声器的四元复合阵列感知布局方法，使PIR阵列与传声器阵列在各自利用自身优点的同时，不相互影响各自的感知功能，并且达到最佳的感知效果。
[0008]本发明的第三目的在于提供一种复合传感器阵列的布局微型化的思路，对于如何减小体积并最大发挥传感器的感知效果方面具有重大意义。
[0009]复合传感器阵列感知工作原理为:PIR四元阵列是采用LH1-968双元热释电红外传感器，搭配7608-15型菲涅尔透镜，组成一个人体探测器，PIR传感器的探头即为人体传感器的探头(图1所示)，其感知效果有特定的距离与感知角度范围，其相互交叉部分有双感知区域。四元传声器阵列采用驻极体自由场1/2英寸CHZ-213型传声器，对一定距离内的目标实现360°感知。若传声器阵列放入PIR阵列的感知范围时，会对目标的红外信号产生遮挡，影响PIR接收目标信号，进而影响感知效果；若把PIR阵列放入传声器阵列的孔径内，也会对传声器接收声源信息产生干扰，影响定位精度，而相对于前者，其影响效果较小，因为声波本身有一定的衍射能力，能够穿越障碍物。本发明主要研宄怎样减小传声器阵列对PIR感知阵列的干扰，采用的方式是把传声器阵列放在PIR阵列的双感知区内，相互结合，集合了 PIR阵列的快速发现预警与传声器阵列的精确定位的优点，而又不影响PIR的探测感知能力。
[0010]本发明的有益效果是:PIR阵列与传声器阵列的优化复合，解决了微型感知节点的空间受限问题；两种阵列相互结合，互不干扰；能快速发现目标并能精确定位。该方案实现了 PIR阵列与传声器阵列的优势互补，整体体积更小，实现起来更简单。
【附图说明】
[0011]图1 PIR传感器与菲涅尔透镜搭配使用示意图一。
[0012]图2 PIR传感器与菲涅尔透镜搭配使用示意图二。
[0013]图3 PIR阵列感知示意图。
[0014]图4传声器阵列感知示意图。
[0015]图5传声器阵列放置在PIR阵列感知区示意图。
[0016]1-第一 PIR传感器，2-第二 PIR传感器，3_第三PIR传感器，4_第四PIR传感器，
5-菲涅尔透镜，6-第一传声器，7-第二传声器，8-第三传声器，9-第四传声器，10-目标，A-单感知区域，B-双感知区域，C-感知盲区。
【具体实施方式】
[0017]一种基于PIR和传声器的四元复合阵列感知布局方法，包括四元十字形PIR感知阵列以及四元传声器阵列；所述四元十字形PIR感知阵列包括四个人体探测器；所述人体探测器包括一个PIR传感器以及与该PIR传感器相配的菲涅尔透镜；四个人体探测器环绕一个中心点等间距排列，每个人体探测器的探头均朝向外侧，分别探测水平面上的四个方向；相邻的两个人体探测器的感知区域交叉后形成一个双感知区域，四个人体探测器一共有四个双感知区域；所述四元传声器阵列包括四个传声器，四个传声器分别设在四个双感知区内。
[0018]所述PIR传感器采用LH1-968双元热释电红外传感器，搭配7608-15型菲涅尔透镜；传声器采用驻极体自由场1/2英寸CHZ-213型传声器。采用上述型号的装置能够很好地实现P1R阵列与传声器阵列的优势互补，且整体体积更小。
[0019]四个传声器排成一个矩形阵列，矩形中心与四元十字形PIR感知阵列的中心点重合。如图5中的阵列I。这种布局方式探测效果最佳，PIR阵列与传声器阵列的优势互补也达到最好。
[0020]本发明是一种研宄传感器在有限空间内的联合布局方法，具体应用时包括以下步骤。
[0021]1.PIR传感器是一种被动式人体红外探测器，且采用双源式探头互补技术，对于环境中红外光线的干扰，不会产生电信号输出。当人体经过探头先后被a源或被b源感应，Sa〈Sb或Sa>Sb产生差值，双源失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出。当人对着探头呈垂直状态运动，Sa=Sb不产生差值，无信号输出(如图1所示)。因此，探测器安装的位置与人行走方向呈平行为宜。根据以上原理探头与菲涅尔透镜结合可以做成以下感应方式的人体探测器。结合本发明中所用菲涅尔透镜型号，探测示意图如图2所示。图中感知区域范围110°，感知距离为30m。
[0022]2.如图3所示，利用四个PIR传感器与四个菲涅尔透镜5组成四元十字型PIR感知阵列，组成这样的排列方式后就会产生以下三种区域:单感知区域A，双感知区域B，以及感知盲区C (图3中阴影部分所示)。而微型网络化节点本身就很小，因此感知盲区是很小的，对于人员类型的感知目标可以忽略不计。这样就形成了一个全向360°的感知区域，只要目标靠近传感器阵列时，就能发现目标。其中感知阵列理想要求是感知视场无遮蔽物。第一 PIR传感器I与第三PIR传感器3探头的连线同第二 PIR传感器2与第四PIR传感器4探头的连线相正交。
[0023]3.如图4所示，利用四个传声器组成的方形十字阵列，对于声源目标经过探测区域时，根据一定孔径的传声器阵列通过时延算法计算出目标的角度及距离阵列中心的距离。所述算法是本领域的公知算法。
[0024]4.把传声器阵列与PIR阵列复合在微型复合阵列上时，需要考虑传声器是有一定的高度，要尽可能的对PIR阵列的遮挡最小。复合的方式有3种，如图5中的阵列1、阵列2、阵列3所示。像阵列2那样的复合方式，会对PIR阵列的主探测视场造成较严重的遮挡；像阵列3那样，放在PIR的感知盲区时，由于感知盲区的范围比较小，势必会减小传声器阵列的孔径，孔径越小，感知效果就不理想；像阵列I那样，放置在PIR阵列的双感知区内，这样就不会对传声器阵列的孔径产生影响，还能对进入探测区域的目标产生重叠感知，使复合的阵列达到最佳的感知效果。
【主权项】
1.一种基于PIR和传声器的四元复合阵列感知布局方法，其特征在于，包括四元十字形PIR感知阵列以及四元传声器阵列；所述四元十字形PIR感知阵列包括四个人体探测器；所述人体探测器包括一个PIR传感器以及与该PIR传感器相配的菲涅尔透镜；四个人体探测器环绕一个中心点等间距排列，每个人体探测器的探头均朝向外侧，分别探测水平面上的四个方向；相邻的两个人体探测器的感知区域交叉后形成一个双感知区域，四个人体探测器一共有四个双感知区域；所述四元传声器阵列包括四个传声器，四个传声器分别设在四个双感知区内。
2.如权利要求1所述的一种基于PIR和传声器的四元复合阵列感知布局方法，其特征在于，所述PIR传感器采用LH1-968双元热释电红外传感器，搭配7608-15型菲涅尔透镜；传声器采用驻极体自由场1/2英寸CHZ-213型传声器。
3.如权利要求1或2所述的一种基于PIR和传声器的四元复合阵列感知布局方法，其特征在于，四个传声器排成一个矩形阵列，矩形中心与四元十字形PIR感知阵列的中心点重合。
【专利摘要】本发明属于测试技术领域，具体为一种基于PIR和传声器的四元复合阵列感知布局方法。解决了目前在有限的空间下复合传感器存在的空间布局相互干扰及感知效果不佳的技术问题。一种基于PIR和传声器的四元复合阵列感知布局方法，包括四元十字形PIR感知阵列以及四元传声器阵列；所述四元十字形PIR感知阵列包括四个人体探测器；四个人体探测器环绕一个中心点等间距排列，每个人体探测器的探头均朝向外侧，分别探测水平面上的四个方向；所述四元传声器阵列包括四个传声器，四个传声器分别设在四个双感知区内。本发明通过PIR阵列与传声器阵列的优化复合，解决了微型感知节点的空间受限问题；两种阵列相互结合，互不干扰；能快速发现目标并能精确定位。
【IPC分类】G01V11-00
【公开号】CN104749654
【申请号】CN201510176245
【发明人】杨卫, 张文栋, 刘前进, 侯爽, 王泽兵, 赵迪, 徐胜, 金晓会, 王淑平, 郑建生, 邓立齐
【申请人】中北大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月15日