一种基于TDOA多声源定位的虚假声源消除方法技术

本发明专利技术公开一种基于TDOA多声源定位的虚假声源消除方法，包括设置第一组阵列麦克风、第二组阵列麦克风和参考麦克风，得到第一真实声源时间差矩阵和第二真实声源时间差矩阵，构造第一可能时间差矩阵并通过Chan方法计算得到第二可能时间差矩阵，通过所述第二可能时间差矩阵与所述第二真实时间差矩阵比对消除虚假声源、得到真实声源，并用真实声源对应的全部麦克风的数据计算得到真实声源位置。本发明专利技术通过设置校验麦克风，提高了声源定位的精度，减小了定位误差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于TDOA多声源定位的虚假声源消除方法
本专利技术涉及声源定位
，特别涉及一种基于TDOA多声源定位的虚假声源消除方法。
技术介绍
近几十年来，声源定位一直是研究热点，引起了众多学者的关注。声源定位在噪声源识别、目标声源跟踪、远程会议系统、智能机器人等诸多领域中得到广泛应用。声源定位一般采用麦克风阵列来估计声源位置。声源定位方法可归纳为如下三类：波束形成、声全息方法、参数测量。传统的波束形成方法和声全息方法都是在重建的二维声场平面上识别声源，为获得精准的声源三维位置坐标，需要进行大量的复杂运算。另外，为了获得高分辨率的声场重构平面图，阵列中需要大量的麦克风数量。而TDOA方法用少量的麦克风即可实现声源定位。目前，在声源的定位计算中，Fang方法和Chan方法都有着广泛应用，其中Chan方法是非递归双曲线方程组解法，具有解析表达式解，当测量误差服从理想高斯分布时，Chan方法定位精度较高、计算量小，且可以通过增加基站或麦克风数量来提高算法精度，但对于多声源识别，由于Chan方法不能直接判断声音信号具体来源于哪个声源，因此计算会产生大量的假点声源。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于TDOA多声源定位的虚假声源消除方法，能够在三维声场中通过较小的计算量精确实现多声源定位。具体技术方案如下：本专利技术提供了一种基于TDOA多声源定位的虚假声源消除方法，包括以下步骤：S1.设置第一组麦克风阵列和第二组麦克风阵列，基于TDOA，得到第一组麦克风阵列的第一真实声源时间差矩阵和第二组麦克风阵列的第二真实声源时间差矩阵S2.根据第一真实声源时间差矩阵构造第一可能声源时间差矩阵S3.根据第一可能声源时间差矩阵利用Chan方法计算得到第二可能声源时间差矩阵S4.将第二真实声源时间差矩阵与第二可能声源时间差矩阵进行比对，将第二可能声源时间差矩阵中的元素替换为第二真实声源时间差矩阵中对应行向量中的数值最相近的元素，以得到校验矩阵S5.将校验矩阵与第二可能声源时间差矩阵中对应列向量进行比对，选取Ns个最接近的列向量作为真实声源时间差向量，其余列向量作为虚假声源进行消除，Ns为真实声源的数量。进一步地，所述虚假声源消除方法还包括以下步骤：S6.根据步骤S5中得到的真实声源时间差向量，或/和根据第一可能声源时间差矩阵中与所述真实声源时间差向量所对应的列向量，利用Chan方法计算得到真实声源初步坐标。进一步地，所述虚假声源消除方法还包括以下步骤：S7.根据真实声源初步坐标计算得到对比时间差矩阵S8.构建第三真实声源时间差矩阵利用对比时间差矩阵对第三真实声源时间差矩阵中的元素重新排序，以得到最终真实声源时间差矩阵S9.从最终真实时间差矩阵中的每列中选取N个元素，利用Chan方法计算真实声源最终坐标。可选地，步骤S9中，N大于或等于(D+2)，其中D为声源的维度数；或者，步骤S9中，N等于Nm，Nm为第一组麦克风阵列与第二组麦克风阵列的麦克风数量之和。进一步地，在三维空间中，第一组麦克风阵列中麦克风的数量为4个，第一真实声源时间差矩阵第二真实声源时间差矩阵第一可能声源时间差矩阵的列向量为所有的集合为进一步地，所述第二可能声源时间差矩阵其中所述校验矩阵校验矩阵中的元素按照以下规则选择进一步地，步骤S5中，所述真实声源时间差向量的集合其中，为前Ns个u的值，表示按升序排列，并获取前Ns个结果的函数；表示的列向量，表示的列向量；||·||表示欧几里得范数。进一步地，所述第三真实时间差矩阵所述对比时间差矩阵通过得到最终真实时间差矩阵可选地，步骤S1还包括：设置参考麦克风，第一组麦克风阵列和第二组麦克风阵列接收声音信号的时间差为相对于参考麦克风接收声音信号的时间差；步骤S9中，N大于或等于(D+1)，其中D为声源的维度数；所述第一组阵列麦克风中麦克风的数量大于或等于N。本专利技术的技术方案带来的有益效果包括：a.通过第二组阵列麦克风的设置，对声源位置进行校正，提高了声源位置的精度；b.可选择计算所有麦克风的数据，进一步提高精度、减小误差；c.步骤排布合理，计算量小，易于实施。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例的源代码流程示意图。图2是本专利技术实施例中的四个声源的声谱图。图3是本专利技术实施例中的阵列麦克风和定位场景示意图。图4是本专利技术实施例中的三种定位场景的互相关结果示意图，其中，(a)为两个声源时的互相关结果示意图，(b)为三个声源时的互相关结果示意图，(c)为四个声源时的互相关结果示意图。图5是本专利技术实施例中的初始真实多源定位结果示意图，其中，(a)为两个声源时的初始真实多源定位结果示意图；(b)为三个声源时的初始真实多源定位结果示意图；(c)为四个声源时的初始真实多源定位结果示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，更清楚地了解本专利技术的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。除此，本专利技术的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。在本专利技术的一个实施例中，提供了一种基于TDOA多声源定位的虚假声源消除方法，包括以下步骤：S1.设置第一组麦克风阵列和第二组麦克风阵列，基于TDOA，得到第一组麦克风阵列的第一真实声源时间差矩阵和第二组麦克风阵列的第二真实声源时间差矩阵S2.根据第一真实声源时间差矩阵构造第一可能声源时间差矩阵S3.根据第一可能声源时间差矩阵利用Chan方法计算得到第二可能声源时间差矩阵S4.将第二真实声源时间差矩阵与第二可能声源时间差矩阵进行比对，将第二可能声源时间差矩阵中的元素替换为第二真实声源时间差矩阵中对应行向量中的数值最相近的元素，以得到校验矩阵S5.将校验矩阵与第二可能声源时间差矩阵中对应列向量进行比对，选取Ns个最接近的列向量作为真实声源时间差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TDOA多声源定位的虚假声源消除方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.设置第一组麦克风阵列和第二组麦克风阵列，基于TDOA，得到第一组麦克风阵列的第一真实声源时间差矩阵

【技术特征摘要】
1.一种基于TDOA多声源定位的虚假声源消除方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.设置第一组麦克风阵列和第二组麦克风阵列，基于TDOA，得到第一组麦克风阵列的第一真实声源时间差矩阵和第二组麦克风阵列的第二真实声源时间差矩阵
S2.根据第一真实声源时间差矩阵构造第一可能声源时间差矩阵
S3.根据第一可能声源时间差矩阵利用Chan方法计算得到第二可能声源时间差矩阵
S4.将第二真实声源时间差矩阵与第二可能声源时间差矩阵进行比对，将第二可能声源时间差矩阵中的元素替换为第二真实声源时间差矩阵中对应行向量中的数值最相近的元素，以得到校验矩阵
S5.将校验矩阵与第二可能声源时间差矩阵中对应列向量进行比对，选取Ns个最接近的列向量作为真实声源时间差向量，其余列向量作为虚假声源进行消除，Ns为真实声源的数量。


2.如权利要求1所述的虚假声源消除方法，其特征在于，所述虚假声源消除方法还包括以下步骤：
S6.根据步骤S5中得到的真实声源时间差向量，或/和根据第一可能声源时间差矩阵中与所述真实声源时间差向量所对应的列向量，利用Chan方法计算得到真实声源初步坐标。


3.如权利要求2所述的虚假声源消除方法，其特征在于，所述虚假声源消除方法还包括以下步骤：
S7.根据真实声源初步坐标计算得到对比时间差矩阵
S8.构建第三真实声源时间差矩阵



利用对比时间差矩阵对第三真实声源时间差矩阵中的元素重新排序，以得到最终真实声源时间差矩阵
S9.从最终真实时间差矩阵中的每列中选取N个元素，利用Chan方法计算真实声源最终坐标。


4.如权利要求3所述的虚假声源消除方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海涛，张秀亮，彭博，范佳量，郑四发，
申请(专利权)人：清华大学苏州汽车研究院相城，
类型：发明
国别省市：江苏;32