一种基于能量的声源定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于声源定位技术领域，具体涉及一种基于能量的声源定位方法。
【背景技术】
[0002] 声源定位是利用麦克风或者麦克风阵列对声音信号进行测量，通过对信号进行分 析，最后得出声源的具体位置。声源定位技术是目标定位技术中一个新的分支，具有广泛的 应用前景及科研价值，在近年来受到广泛的关注及研究。针对声源定位的算法研究十分活 跃，但是基于声源定位算法的应用实例则非常有限。目前常见的声源定位算法有基于到达 时间差（TDOA)、基于最大功率可控波束、基于高分辨率谱估计以及基于声音能量的定位算 法。
[0003] 基于最大功率可控波束和基于高分辨率谱估计的定位方法计算量大，实时性差， 在实际应用中不常用。基于到达时间的定位方法虽然计算量小，但是它只能对声音在刚 刚到达时进行定位，当一个声音的持续时间较长时，这种方法就不能连续定位，达不到实时 性的需求。基于能量的声源定位算法计算量小，实时性好，并且可对较长的移动声源实现 连续定位。在现有的基于能量的声源定位方法分别为：Li Dan等的论文《Energy-Based Collaborative Source Localization Using Acoustic Microsensor Array》提出了基于 声音能量的声源定位算法，但这种方法的声音衰减系数是一个固定的值（约为2)，在实际 环境中这种声音能量衰减模型会产生很大的误差。刘磊的论文《基于信号能量修正的声源 定位算法研究》提出一种基于信号能量修正的噪声鲁棒声源定位算法，首先估计背景噪声 参数，然后使用参数估计值对传声器阵列接收到的信号进行能量修正，使用修正后的能量 比得到声源与传声器阵列的位置关系，该方法只针对噪声进行了修正，没有考虑不同声源 类型时的声音传播模型。于浩的论文《基于能量的声源目标定位与跟踪》在研究了能量模 型的最大似然函数的基础上，采用了迭代的方法（主要是高斯-牛顿法）解决能量的似然 函数最大值问题，但是没有对声音的实际传播模型进行修正。
[0004] 综上所述，目前基于声音能量的定位算法均存在声音模型不准确的问题。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种基于能量的声源定位方法，在声源开始发出声音信 号时，结合到达时间差（TDOA)的定位算法和声音能量值计算出声音衰减系数。对于一个持 续时间很长的声音信号，利用得到的声音衰减系数用基于能量的声源定位方法对移动声源 进行多次定位。
[0006] 实现本发明的技术方案如下：
[0007] -种基于能量的声源定位方法，具体过程为：
[0008] S00、设置定位设备；所述定位设备包括多个无线传感器从节点，每一无线传感器 从节点上安装有声音传感器阵列；
[0009] S01、利用声音传感器阵列，获取多个从节点的声音到达时间；
[0010] S02、每一从节点采集声音到达时声音信号的能量值；
[0011] S03、根据多个从节点接收到声音的到达时间差，计算出声源的位置；
[0012] S04、根据所述能量值和声源的位置，计算任意两从节点所确定的声音衰减系数 αι];利用所述a u计算声音衰减系数α ;
[0014] 其中，η表示从节点的总数；
[0015] S05、根据所述声音衰减系数α，计算第i个从节点和第j个从节点与声源的距离 比 kiJ;
[0017] 其中，yjt)表示第i个从节点在t时刻检测到的声音能量，yjt)表示第j个从 节点在t时刻检测到的声音能量；
，根据公式（12)计算出声源位置r(t)所在的 圆；
[0019] I r(t)-Cij 12= p J (12)
[0020] 每两个从节点确定一个圆，获取多个从节点所确定的多个圆的交点作为声源位 置。
[0021] 进一步地，本发明所述定位设备还包括无线传感器主节点，所述主节点按照设定 的时间间隔向多个从节点发送能量采集信号，多个从节点接收到信号时，同时开始采集声 音能量。
[0022] 进一步地，本发明所述声音传感器阵列为由6个声音传感器组成的圆形阵列。
[0023] 有益效果：
[0024] (1)本发明所提供的方法，通过采用到达时间差和基于能量的定位算法相结合，可 以准确得到声音能量的衰减系数，得到实际环境中的声音能量传播模型。
[0025] (2)本发明所提供的方法，可以对一个可移动并连续发出声音的声源进行有效定 位，与使用传统的声音传播模型相比，减小了定位误差。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明所提供的方法的流程图；
[0027] 图2为声音传感器阵列。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图，对本发明进行详细描述。
[0029] 本发明提供了一种基于能量的声源定位方法，在声源开始发出声音信号时，结合 到达时间差（TDOA)的定位算法和声音能量值计算出声音衰减系数。对于一个持续时间很 长的声音信号，接下来就可以用得到的声音衰减系数用基于能量的声源定位方法对移动声 源进行多次定位。
[0030] 一种基于能量的声源定位方法，具体过程为：
[0031] S00、设置定位设备；所述定位设备包括多个无线传感器从节点，每一无线传感器 从节点上安装有声音传感器阵列；
[0032] S01、利用声音传感器阵列，获取多个从节点的声音到达时间；
[0033] S02、每一从节点采集声音到达时声音信号的能量值；
[0034] S03、根据多个从节点接收到声音的到达时间差，计算出声源的位置；
[0035] S04、根据所述能量值和声源的位置，计算任意两从节点所确定的声音衰减系数 αι];利用所述a u计算声音衰减系数α ;
[0037] 其中，η表示从节点的总数；
[0038] S05、根据所述声音衰减系数α，计算第i个从节点和第j个从节点与声源的距离 比 kiJ;
[0040] 其中，yjt)表示第i个从节点在t时刻检测到的声音能量，yjt)表示第j个从 节点在t时刻检测到的声音能量；
，根据公式（12)计算出声源位置r(t)所在的 圆；
[0042] I r(t)-Cij 12= p J (12)
[0043] 每两个从节点确定一个圆，获取多个从节点所确定的多个圆的交点作为声源位 置，实现对声源的持续定位。
[0044] 本发明在声源开始发出声音信号时，结合到达时间差（TDOA)的定位算法和声音 能量值计算出声音衰减系数。对于一个持续时间很长的声音信号，利用得到的声音衰减系 数用基于能量的声源定位方法对移动声源进行多次定位。
[0045] 实例：
[0046] 本实例基于能量的声源定位方法，具体过程如下：
[0047] S00、设置定位设备；本实例中设备包括一个无线传感器主节点、四个无线传感器 从节点、声音传感器阵列。其中，在无线传感器从节点上安装一个由六个声音传感器组成的 圆形阵列。
[0048] SO 1、获取