部。这样，可以在诸 如腐蚀性环境的非常苛刻的环境中测量高温或辐射。要不然，这将是不可能的或需要昂贵 的传感器。
[0046] 基于声学的温度估计的另一优点是其高速度和精度。测量的速度由声音的行进时 间给出，并且不受例如传感器的加热时间（热容量）限制。
[0047] 声学高温计已被成功地应用于很多领域中，并且存在多个相关专利，包括2008年 10月4日授予办吐31?^€等人的旧561'^〇.743498882、2004年12月28日授予0四1如11等 人的旧561'^〇.683499282、2004年4月27日授予0四1如11等人的旧561'^〇.672635882、 2003 年 5 月 13 日授予 Ih 等人的 US Ser.No.6564164Bl、US Ser.No.US6386755Bl、1997 年 4 月 29 日授予 West 的 US Ser. No. 5624188、1994 年 9 月 27 日授予 K1 印pe 的 US Ser. No. 5349859A1、以及 1989 年 7 月 19 日授予 Nuspl 等人的 US Ser. No. 4848924A1。
[0048] 然而，所认为的是，这些专利没有解决在具有高气流、湍流和噪声失真的环境中鲁 棒地查明所发射的信号的飞行时间的信号处理难题。
[0049] 通常，使用被发送和延迟的接收信号的包络或简单的相关方法来估计飞行时 间。然而，这些方法仅在低噪声环境中、对于有限的延迟范围、在所发射的信号的频谱内 容与噪声或单路径问题不相关的情况下起作用。在本文献中提出了多个改进以使得这些 方法对于现实世界环境更鲁棒。例如，在Roth处理器中使用频谱加权和正规化，在" [1] Knapp H. C, Carter G. C, 'The generalized correlation method for estimation of time delay' . IEEE transactions on acoustics, speech, and signal processing, vol. asp-24, no 4, pp. 320-327, 1976" 中描述了平滑相干变换（SCOT)、相位变换（PATH)、Eckart 滤波器或最大似然方法。这一加权减小了噪声的影响以及对所发射的信号的频谱内容的敏 感性。
[0050] Chen 等人在 "2]Chen J. , Benesty J. , Huang Y. ,，Delay estimation in room acoustic environments:an overview'. EURASIP journal of applied signal processin g, vol. 2006, pp. 1-19. 2006"中提供了应对多径从而在回声环境中更鲁棒的方法。尽管这些 方法是对于基本相干方案的重要扩展，但是它们在本发明的至少一个方面针对的高噪声环 境中无法胜任。
[0051] 此外，上面提到的方法没有考虑导致所观察的飞行时间分散的湍流。当在较长 的时间段上求和而不校正该分散效应时，指示飞行时间的峰值的能量减小。因此，当存 在端流时，在噪声中找出正确的飞行时间更加困难。在例如"〃[3]Jovanovic I.，Sbaiz L.,Vetterli M.，' Acoustic tomography method for measuring temperature and wind velocity'? IEEE international conference on acoustics, speech, and signal processing，pp. 1141-1144, 2006"中讨论了风对声学层析术的影响D
[0052] 使用物理建模来实现声学高温计方案的额外的鲁棒性。也就是说，使用关 于物理环境的先验知识（例如最小和最大温度、房间布局、源和接收器的位置等）来 限制搜索范围和忽略不可能的结果。" [4] Sielschott H.，Wubbeling F.，' Waveform inversion in acoustic pyrometry' . World congress on industrial process tomography, pp. 538-541，1999"给出了这种使用波形变换的基于模型的声学高温计解决方 案的实现。
[0053] 在这里提供的根据本发明的一方面的用于噪声鲁棒飞行时间估计的方法将现有 技术与新的扩展相结合以获得最佳结果。在图2中可以找到该新方案的处理流程的概况。
[0054] 在第一步骤201中，通过激活一个源来触发记录。并且在步骤203中检测该记录。 在步骤205以例如100kHz的高采样频率记录声音数据，以在稍后的飞行时间估计阶段中获 得高时间精度。在必要时，在高噪声中，由于所述源与一个接收器接近，能够容易地检测声 音源的开始和停止。当所有接收器均完成接收信号时，来自开始源激活起直到源激活结束 之后不久的数据随后被传递到下一个处理块。
[0055] 在窗口设置块207中，数据被切分为更短的、部分重合的区段。以这一方式，所述 处理对所分析的数据的时间和空间分辨率进行权衡。例如，如果源被记录了 1秒，则窗口长 度被选择为l〇〇ms，并且窗口重叠90ms，因此在91个窗口中表示全部数据。这种窗口的最 大分辨率在频域中是10Hz，并且在时域中是10ms。然而，注意，当分析窗口中的能量时，在 连续的窗口之间，仅10%的窗口内容改变。
[0056] 注意，可以改变重叠量，甚至可以没有重叠。
[0057] 此外，窗口设置块应对的是在给定感兴趣的温度范围的情况下，在源的位置和接 收器的位置处的信号之间的物理上最小的可能延迟。图3中图示了这一方案。这一过程的 目标是使包含源处的信号和接收器处的信号的窗口之间的相关信号内容最大化。此外，窗 口长度被选择为信号长度加上最大可能延迟范围。此外，源的位置处的信号的窗口中的噪 声内容被消除，以使进一步的处理步骤中的噪声贡献最小。因此，随后用来找出表示源和接 收器的位置的窗口中的信号之间的延迟的方法可以利用更大的信号长度，并且更少地受到 噪声和其他不相关信号内容影响。
[0058] 因此，图3图示了最小延迟适配的窗口设置。该过程通过说明在给定感兴趣的温 度范围的情况下从源到接收器的物理上最小的可能传播延迟来使窗口中的相关的信号内 容最大化。
[0059] 在给定最大可能温度T_的情况下，物理上最小的可能延迟或飞行时间t min被计 算为：
[0060]
[0061] 在卜文中，通过使用类似于Harm的窗口加权来防止窗口的开始和结束中的不连 续。其目标是使数据被转换到频谱域时的伪像（artifact)最少。然而，为了防止飞行时间 估计朝向加权函数的包络的偏差，在Harm函数之后使用具有平滑的末端的矩形窗口。随 后，如图2中步骤209所示，使用快速傅立叶变换将数据转换到频谱域。
[0062] 在下一处理步骤211中，选择多个频率单元以表示处于最大信噪比的信号。在步 骤211，删除或不考虑一个或多个无关的单元。这一步骤的目标是增大算法的噪声鲁棒性， 并且提高以后的步骤的飞行时间估计精度。基于观察的信号和噪声能量来选择频率单元。 例如，如果信号是宽带的，但是在8000Hz以上其传播使信号衰减，并且大部分噪声能量集 中在500Hz以下，则选择500Hz和8000Hz之间的频率单元以最佳地表示所述信号。在信号 内容被控制为在被噪声最少覆盖的时频空间中稀疏的另一实例中，这些稀疏的时频单元将 被选择以最佳地表示所述信号。
[0063] 存在若干方式来区分频谱内容，创建所述频率内容的单元只是一个说明性示例。 例如，一种方式使用移动窗口或允许选择性地确定有限带宽内的频谱内容的任何其他方 法。根据本发明的一个方面，利用处理器确定至少一个、或者至少两个或三个或更多频率范 围内的样本的频谱内容。根据本发明的一个实施例，应用频率单元。
[0064] 在下一步骤中，在源和接收器处使用剩余的预处理的信号内容估计飞行时间。这 在窗口上通过窗口基础使用平滑相干变换（SCOT)来实现。
[0065] 可以以不同的方式执行在确定交叉频谱功率估计值时的交叉频谱密度函数的加 权。一种方式是在这里作为说明性示例应用的平滑相干变换。其他加权方法是可能的且完 全被考虑到，并且可以包括Roth处理器、相位变换（PHAT)、Eckart滤波器、HT处理器和本 领域普通技术人员知道的其他组件。对加权函数的选择可取决于测量的操作条件，例如湍 流或环境噪声。在这里用于所述处理步骤的术语将被称为加权的交叉频谱功率估计。
[0066] 具体地，步骤213以平滑相干变换（SCOT)的方式执行交叉频谱密度函