一种适合人体听觉认知的听音辨向的方法
【专利摘要】一种适合人体听觉认知的听音辨向的方法，将超声波回声脉冲方位向可听声频的转化。适用于超声波探测领域，如超声波导盲、超声波倒车雷达等设备。按观测范围将空间方位分段，对检测到回声的方位段，采用一定脉冲宽度的可听声频的单频信号替换，其包络采用所检测到的脉冲包络替换。替换脉冲频率在人耳可感受的脉冲频率之内，小于20kHz，大于10Hz。采用在每十倍频程内的可听声等间隔划分方法，该十倍频程包含三个频段：10?100Hz，100?1kHz，1kHz?10kHz。
【专利说明】
一种适合人体听觉认知的听音辨向的方法
技术领域
[0001] 该技术应用于超声波探测领域，如超声波导盲、超声波倒车雷达、超声波测距测向 等设备。
【背景技术】
[0002] 超声波导盲设备是盲人出行感知物体距离与方位的重要辅助设备，汽车倒车也需 要采用超声波倒车雷达探测障碍物的距离与方位。目前的导盲产品和倒车雷达产品具备测 向功能的较少，而具备该功能的产品通常采用语音提示的方法表明障碍物的方向。当导盲 仪和倒车雷达面临多个障碍物的时候，系统报出多个物体的方位困难，只能给出最近物体 的方位信息。语音提示在多个障碍物情况下会显得非常混乱，不利于人耳的认知反应。如 何让盲人或者汽车驾驶人员快速有效的通过听觉感知到多障碍物的方位非常重要。
【发明内容】
[0003] 本发明原理：一个超声波发射器发射的超声波信号遇到物体后反射，采用两个超 声波接收器接收，见图1。物体回声到达两个接收器的相位不同，与物体和接收器法线的相 对方位相关。人耳难以通过相位感知准确获取物体的方位。本发明将检测到的脉冲回声方 位进行量化分段的方法，每段方位对应一个某一频率的脉冲音频信号，采用脉冲频率标识 该方位存在一个回声。回声的幅度通过提取回声包络完成计算，变换后的脉冲单音频声音 的大小与回声的强度成正比，从而标识回声的声强。将该种变换的原理详细分析如下：
[0004] 1.回声方向的测量原理
[0005] 超声波探测设备发射信号为s (t)，t为时间变量。当存在两个超声波接收器，两路 回声信号分别为Xl (t)、x2 (t)，两路信号之间的相位差可通过回声信号计算得到
[0006] u(t) = [x, (/)x* (0] /[x, (t)x* (0] (1)
[0007] 相位差
(2)
[0009] 式中atan[ ?]表示求取信号的反正切运算，imag[ ?]表示求取信号的虚部， real[ ?]表示求取信号的实部。由图1可得
(3)
[0011] 式中f表示信号频率，d为两传感器间隔距离，0为障碍物回声方向角，c为波的 传播速度，由（2) (3)两式得到
(4)
[0013] 式中asin[ ?]为反正弦函数。由⑵和⑷两个表达式即可求得回声的到达角。
[0014] 信号Xl (t)和x2(t)等都可以写成复数形式，以Xl (t)为例解释如下：
[0015] xn (t)+j ? x1Q(t) (5)
[0016] 式中，x"(t)为信号的同相分量，x1Q(t)为正交分量，信号的包络采用下式求解
(6)
[0018] 2.回声的过门限检测
[0019] 当信号的包络满足
[0020] A(t) > n (7)
[0021] n为某一常数，为检测的门限。则判断存在脉冲回声，否则不存在脉冲回声。
[0022] 3.观测方向与频率的对应方法
[0023] 将观测方向空域分为N等份，对应于角度0 pi = 1，2,…，N-1。上述观测空间的 N个角度对应可听频域的N个频率fpi = 1，2,…，N-1，见图3。可听频率信号指的是小于 20KHz频率的信号。采用10-100Hz，100-1000Hz，1000-10000HZ三个十倍频程的每个频程内 按频率等间隔取频率信号。所谓十倍频程等间隔划分是指10-lOOHz，100-lkHz，lkHz-lOkHz 等频段内分别等间隔划分。比如100-lkHz内划分10个等频率区间间隔，间隔为100Hz ;同 时，在lkHz-lOkHz范围内等间隔划分10个区间，每个区间间隔1kHz。
[0024] 4.角度的判断方法
[0025] 人耳可听音频中选择音频A，定义脉冲宽度为T，即生成脉冲宽度为T的单频正弦 波
[0026] y(〇 = exp[J(2^f/ + <p)],Q <t <T (8)
[0027] 式中为$初相。加入收到的回波的幅度，得到合成信号
[0028] z{t) = 4 (0 exp[(2^/；/ + <p)],0<t<T (9)
[0029] 式（9)即是送至人耳的收听信号，通过听取该信号判断信号的对应方位0 p
【附图说明】
[0030] 图1为超声波障碍物测量原理。图2为观测覆盖空间的划分。图3为频率与角度 的对应关系。
【具体实施方式】
[0031] 观测空域信号方位为±10°，分为2° -个空域，共10个分区，每个分区对应一个 可听域单频信号：1〇个单频信号频率分别为：
[0032] 600Hz, 700Hz, 800Hz,900Hz,1kHz,2kHz,3kHz,4kHz,5kHz,6kHz 〇
[0033] 当判定一个回波信号处于某一个角度，如-9°，则对应输出频率600Hz。判断间隔 设置为如表1所示。
[0034] 表1空间角度与频率的对应关系
[0035]
【主权项】
1. 一种适用于超声波导盲或倒车雷达的人耳感知多障碍物的超声波回声方向向可听 声频的转化方法。其特征在于按观测空间方位范围将方位分段，对检测到回声的方向段，采 用一定脉冲宽度的可听声频的单频信号表征。2. 如权利要求1所述的人耳感知多障碍物的超声波探测回声方位转化方法，其特征在 于所采用的替换脉冲频率在人耳可感受的脉冲频率之内，小于20kHz，大于10Hz。采用在 每十倍频程内的可听声等间隔划分方法，该十倍频程包含三个频段：l〇-l〇〇Hz，10〇-lkHz， IkHz-IOkHz。3. 如权利要求1所述的人耳感知多障碍物的超声波探测回声方位转化方法，其特征在 于，表征方向的单频信号包络，取自于原回声信号的包络。
【文档编号】G01S15/06GK105891807SQ201410591998
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年10月27日
【发明人】王峰
【申请人】王峰