一种基于麦克风阵列的无线传感器网络运动目标检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于麦克风阵列的无线传感器网络运动目标检测方法，包括以下步骤：无线传感器网络的网络节点利用麦克风阵列采集运动目标发出的声响信号；对采集到的声响信号运行多级检测算法，只有在低一级检测算法检测到目标后才启动高一级检测算法，当最高级的检测算法检测到目标后，才判定有运动目标。本发明运算复杂度低、环境适应能力强、性能可靠。
【专利说明】—种基于麦克风阵列的无线传感器网络运动目标检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及运动目标检测【技术领域】，特别是涉及一种基于麦克风阵列的无线传感器网络运动目标检测方法。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络研究的一个热点是如何降低无线传感器网络的功耗，提高整个无线传感器网络的生命周期。其中一个十分经典的解决方案是采用某种类型的传感器进行值守检测，当值守传感器没有检测到目标时，无线传感器网络其他类型的传感器处于休眠状态，当值守传感器发现目标时，无线传感器网络唤醒其他类型的传感器进行监测，以获得所监测的运动目标信息。有无线传感器网络采用震动传感器作为值守传感器，但是这种传感器受地质因素影响很大，环境适应能力较差。
[0003]麦克风阵列采集到的声响信号通过空气传播，不易受环境因素的影响，很适合无线传感器网络进行值守。当麦克风阵列没有发现目标时，无线传感器网络其他类型的传感器(比如震动、红外、图像、磁敏)处于休眠状态，整个网络功耗较低，当麦克风阵列发现目标时，无线传感器网络唤醒其他类型的传感器进行监测，以获得所监测的运动目标信息。
[0004]采用无线传感器网络的网络节点上的麦克风阵列作为数据采集终端，相比只使用单个麦克风进行检测，麦克风阵列可以同时利用多通道数据以有效抑制噪声，提高检测性倉泛。
[0005]由于无线传感器网络的应用环境往往比较恶劣，如野外，目前很多检测算法通常不具备环境适应性，比如能量检测法在低风噪环境可以取得较好的性能，但在高风噪环境下，性能较差；再加之节点的计算资源有限，传感器节点上不适合运行过于复杂的检测算法。综合上述两点就要求传感器节点的检测算法不但环境适应能力强，而且算法复杂度较低。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于麦克风阵列的无线传感器网络运动目标检测方法，运算复杂度低、环境适应能力强、性能可靠。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种基于麦克风阵列的无线传感器网络运动目标检测方法，包括以下步骤:
[0008](I)无线传感器网络的网络节点利用麦克风阵列采集运动目标发出的声响信号；
[0009](2)对采集到的声响信号运行多级检测算法，只有在低一级检测算法检测到目标后才启动高一级检测算法，当最高级的检测算法检测到目标后，才判定有运动目标。
[0010]所述无线传感器网络的网络节点中麦克风阵列的麦克风数量为2个以上，排列方式为均匀排列或随机排列。
[0011]所述多级检测算法中的每一级检测算法为声响检测算法。
[0012]所述步骤(2)中低一级检测算法算法比高一级检测算法的计算复杂度低，高一级检测算法计算复杂度较高，检测性能较好，最高级的检测算法的计算复杂度最高且性能最好。
[0013]所述步骤(2)中最高级检测算法利用多个麦克风所采集到的数据判定是否有运动目标。
[0014]有益效果
[0015]由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:
[0016]本发明利用麦克风阵列，使无线传感器网络的网络节点采用多级检测算法来检测运动目标。麦克风阵列可以同时利用多通道数据来有效抑制噪声，提高检测性能。多级检测算法可以根据目前一些单级检测算法的优缺点，对其进行组合选取而实现单级检测算法的优势互补，以增加对环境的适应性。此外，相比单级检测算法很难在计算复杂度和检测性能上取得一个较好的权衡，多级检测算法通过多级检测策略，将较易排出的虚警事件采用计算复杂度较低的低等级算法进行排出，而针对较难排出的虚警事件则采用计算复杂度较高的高等级算法进行确认，总体而言，不但能有效地降低算法的复杂度，而且还能取得较好的检测性能。
[0017]无线传感器网络由于受到功耗的限制，能增加整个无线传感器网络生命周期的方法无疑具有巨大的应用潜力。本发明非常适合于无线传感器网络进行值守而大大提升其生命周期，大部分情况下，整个传感器网络的其他类型传感器(比如震动、红外、图像、磁敏)都可以处于关闭状态，只开启麦克风阵列进行运动目标的检测，一旦检测到目标，传感器网络再开启其他类型的传感器，从而完成监控任务。本发明具有方法简单、运算复杂度低、环境适应能力强、性能可靠等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是麦克风阵列采集声响信号的示意图；
[0019]图2是算法操作流程图；
[0020]图3是实施例的操作流程图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0022]本发明的实施方式涉及一种基于麦克风阵列的无线传感器网络运动目标检测方法，如图2所示，包括以下步骤:(I)无线传感器网络的网络节点利用麦克风阵列采集运动目标发出的声响信号；(2)对采集到的声响信号运行多级检测算法，只有在低一级检测算法检测到目标后才启动高一级检测算法，当最高级的检测算法检测到目标后，才判定有运动目标。图1是麦克风阵列采集声响信号的示意图。
[0023]其中，所述无线传感器网络的网络节点中麦克风阵列的麦克风数量为2个以上，排列方式为均匀排列或随机排列。所要检测的运动目标指车辆目标，比如轮式车和履带车，以及人造低空飞行目标，比如直升机。所述多级检测算法中的每一级检测算法为现有的声响检测算法之一。低一级检测算法算法简单，计算复杂度较低，性能较为一般；高一级检测算法算法较为复杂，计算复杂度较高，性能较好。最高级检测算法利用多个麦克风所采集到的数据判定是否有运动目标。其他级的检测算法可以只利用单个麦克风的声响数据判定是否有运动目标，也可以利用多个麦克风的数据判定是否有运动目标，具体情况应由采用的检测算法决定。
[0024]本发明由阵列的多个麦克风同步采集信号，进行分级检测，越低等级的检测算法复杂度越低，虚警率也越高，被低等级算法虚警的事件意味着需要更为复杂，性能更好的检测算法，这类事件被送往高等级的检测算法进行确认，类似于一个运动目标检测算法的自适应选择器，根据虚警事件排出的难易程度自动选择检测算法。相比能取得同样性能的单级检测算法，多级检测算法不但计算复杂度可以很低，而且还可以将许多各具特点的检测算法进行组合，实现优势互补，从而增加检测算法对环境的适应性和可靠性。
[0025]下面以一个两级检测算法的具体实施例来进一步说明本发明。
[0026]步骤一:利用一个4阵元均匀的微孔径麦克风阵列采集环境中的声响信号；
[0027]步骤二:选用算法简单，但抗风噪能力弱的能量检测法作为第一级检测算法，如果第一级检测算法没有检测到目标，则继续采集信号，进行检测；如果第一级检测算法检测到目标，则传感器节点进行第二级检测。
[0028]步骤三:第二级检测算法采用4通道叠加的对数和检测算法。对数和检测算法是根据车辆声音信号的频谱结构特征而提出的一种检测方法，计算复杂度比能量检测法高，但检测性能较好。通过将4个通道声音信号进行叠加，可以降低噪声的干扰。如果第二级检测算法也检测到目标，则无线传感器网络发现目标，如果第二级没有检测到目标，则表明第一级检测算法上报了一个虚警事件，没有目标入侵，继续采集信号。操作流程图见图3。
[0029]不难发现，本发明利用无线传感器网络的网络节点上的麦克风阵列的多个麦克风同步采集环境中的声响信号，对采集到的声响信号进行多级检测，总体来看实现了采用尽可能简单的算法来排出虚警事件，相比单级检测算法来说，具有方法简单、运算复杂度低、环境适应能力强、性能可靠等优点，特别适合于无线传感器网络进行值守。
【权利要求】
1.一种基于麦克风阵列的无线传感器网络运动目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)无线传感器网络的网络节点利用麦克风阵列采集运动目标发出的声响信号； (2)对采集到的声响信号运行多级检测算法，只有在低一级检测算法检测到目标后才启动高一级检测算法，当最高级的检测算法检测到目标后，才判定有运动目标。
2.根据权利要求1所述的基于麦克风阵列的无线传感器网络运动目标检测方法，其特征在于，所述无线传感器网络的网络节点中麦克风阵列的麦克风数量为2个以上，排列方式为均匀排列或随机排列。
3.根据权利要求1所述的基于麦克风阵列的无线传感器网络运动目标检测方法，其特征在于，所述多级检测算法中的每一级检测算法为声响检测算法。
4.根据权利要求1所述的基于麦克风阵列的无线传感器网络运动目标检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中低一级检测算法比高一级检测算法的计算复杂度低，最高级的检测算法的计算复杂度最高且性能最好。
5.根据权利要求1所述的基于麦克风阵列的无线传感器网络运动目标检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中最高级检测算法利用多个麦克风所采集到的数据判定是否有运动目标。
【文档编号】H04W52/02GK104181504SQ201410395290
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】郭峰, 黄景昌, 张鑫, 刘华巍, 程小六, 李宝清, 袁晓兵 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所