可适应运动声源的分布式汽车鸣笛声源实时快速定位方法、系统、装置、处理器及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于TDOA

【技术实现步骤摘要】
可适应运动声源的分布式汽车鸣笛声源实时快速定位方法、系统、装置、处理器及存储介质


[0001]本专利技术涉及声学测量
，尤其涉及汽车鸣笛声源测量
，具体是指一种基于TDOA
‑
FOA实现可适应运动声源的分布式汽车鸣笛声源实时快速定位的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]随着城市文明程度的提高，汽车鸣笛声造成的噪音污染问题越来越受到关注，我国相关部门也颁布了相应的法律来制止和减少此现象的发生，但是人工执法不仅效率抵消，且浪费大量人力物力，因此如何有效的对城市交通中的违法鸣笛进行定位和识别成为了该领域待研究的关键问题。基于传声器阵列的声源定位技术可以帮助交通执法部门快速准确地锁定违章鸣笛车辆的方位，具有广泛的应用价值。基于传声器阵列的高精度声源定位方法主要包括高分辨谱估计法、波束形成法和到达时间差法三种类型，其中基于高分辨谱估计的定位方法具有方位向超分辨能力，测角精度高且可不受采样频率的严格限制，但是该方法存在计算复杂度极高且鲁棒性差的缺点，实现成本高昂且难以实时定位；基于波束形成的定位方法对持续发声的运动声源定位效果较好，随着阵列规模的增加也可以做到较高的空间分辨率；基于到达时间差(TDOA)的定位方法理论上仅需3个传声器便可完成二维空间中的声源定位，具有所需阵列规模小、定位精度高、且计算量小的显著优点，在实现精确声源定位系统的低成本和小型化上具有很大的潜力。
[0003]为了解决汽车非法鸣笛的定位问题，目前业界主要采用的方法是波束形成法，该方法通过传声器阵列采集各方向信号的输出功率，对其进行波束形成，进而在某些方向上产生功率谱峰值，对其他方向产生凹陷，功率最大的方向就是声源方向。近年，杭州爱华仪器、上海其高等公司推出了采用波束形成法的面向城市道路鸣笛的定位系统。然而该方法需要大量的传声器，且大规模阵列波束形成处理过程复杂，对平台的运算能力要求很高，仍然存在设备成本高昂、体积重量较大且安装维护困难的不足。此外，研究者也提出了一些基于TDAO的方法，包括1(张焕强,黄时春,蒋伟康.基于传声器阵列的汽车鸣笛声定位算法及实现[J].噪声与振动控制,2018)提出的基于空间搜索法的五传声器阵列三维空间声源定位算法、中国专利(基于正四面体麦克风阵列的车辆鸣笛抓拍装置及方法，专利号CN201911072328.3)提出的基于正四面体传声器阵列的定位方法、以及论文2(孙懋珩，俞莹婷.汽车鸣笛声定位系统仿真[J].声学技术，2009)提出的基于麦克风阵列声源定位技术的城市道路汽车鸣笛声定位系统；这些方法都具备阵列规模小和计算量小的特点，但是由于运动车辆的多普勒效应会导致基于广义互相关的时延估计精度急剧恶化，因此该方法仅限于静止或低速运动的车辆，难以适应运动车辆的场景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种成本经济、部署灵活的
基于TDOA
‑
FOA实现可适应运动声源的分布式汽车鸣笛声源实时快速定位的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的基于TDOA
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FOA实现可适应运动声源的分布式汽车鸣笛声源实时快速定位的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：
[0006]该基于TDOA
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FOA实现可适应运动声源的分布式汽车鸣笛声源实时快速定位的方法，其主要特点是，所述的方法包括：
[0007](1)各个传声器对采集到的监测车辆的分布式汽车鸣笛声源进行能量检测，预估计所述的监测车辆的声源位置；
[0008](2)利用频谱分析测量所述的各个传声器监测到的所述的分布式汽车鸣笛声源的到达频率FOA；且利用时延估计测量所述的分布式汽车鸣笛声源的到达时间差TDOA；
[0009](3)分别计算所述的分布式汽车鸣笛声源的基于到达频率FOA和基于到达时间差TDOA的代价函数，确定两组代价函数值；
[0010](4)确定所述的分布式汽车鸣笛声源基于到达频率FOA的位置估计值s1和速度估计值v以及基于到达时间差TDOA的位置估计值s2；
[0011](5)确定所述的监测车辆的分布式汽车鸣笛声源的所述的声源位置。
[0012]较佳地，所述的步骤(1)具体为：
[0013]根据所述的各个传声器距离所述的监测车辆的分布式汽车鸣笛声源的位置远近对采集到的鸣笛声源根据声源位置分布能量值，进行所述的监测车辆的鸣笛声源的能量检测，以此对所述的监测车辆的鸣笛声源位置进行预估计。
[0014]较佳地，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
[0015](2.1)利用频谱分析测量所述的数个传声器监测到的所述的分布式汽车鸣笛声源的到达频率FOA；
[0016](2.2)基于时延估计应用广义互相关算法，通过参考传声器与任一非参考传声器接收到的声源信号进行相关处理，计算所述的监测车辆的到达时间差TDOA。
[0017]较佳地，所述的步骤(3)具体为：
[0018]将所述的分布式汽车鸣笛声源的声源信号进行相应的操作处理及计算处理，得到相应的代价函数，通过所述的代价函数确定与之相匹配的代价函数值。
[0019]更佳地，所述的步骤(3)具体包括并发的基于到达时间差TDOA的代价函数值计算处理和基于到达频率FOA的代价函数值计算处理，
[0020]所述的基于到达时间差TDOA的代价函数值计算处理，包括以下步骤：
[0021](3.1.a)将获取到的所述的监测车辆的声源信号的所在平面进行离散化处理；
[0022](3.2.a)将该平面分为多个网格，假定某个网格的中心坐标就是所述的监测车辆的鸣笛声源所在的假设实际位置，根据该位置计算出该假定鸣笛声源到达各个传声器的假设距离差；
[0023](3.3.a)根据所述的到达时间差TDOA计算出所述的鸣笛声源距离所述的各个传声器的实际距离差；
[0024](3.4.a)将所述的假设距离差与根据到达时间差TDOA计算得到的实际距离差相减，再进行取模求和，即得到基于到达时间差TDOA的代价函数；
[0025](3.5.a)遍历整个所述的鸣笛声源的预估计的声源面，根据所述的步骤(3.3.a)得
到的基于到达时间差TDOA的代价函数确定基于到达时间差TDOA的代价函数值；
[0026]所述的基于到达频率FOA的代价函数值计算处理，包括以下步骤：
[0027](3.1.b)已知所述的鸣笛声源的运动方向，根据所述的鸣笛声源的假设实际位置选取任意两个传声器通过所述的频谱分析测量所得的鸣笛声源的到达频率FOA；
[0028](3.2.b)利用多普勒频移公式计算所述的鸣笛声源的运动速度大小和声源频率大小，计算其他传声器的到达频率FOA；
[0029](3.3.b)将计算得到的所述的其他传声器的到达频率FOA与通过频谱分析测量所得的到达频率FOA相减，再进行取模求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TDOA
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FOA实现可适应运动声源的分布式汽车鸣笛声源实时快速定位的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：(1)各个传声器对采集到的监测车辆的分布式汽车鸣笛声源进行能量检测，预估计所述的监测车辆的声源位置；(2)利用频谱分析测量所述的各个传声器监测到的所述的分布式汽车鸣笛声源的到达频率FOA；且利用时延估计测量所述的分布式汽车鸣笛声源的到达时间差TDOA；(3)分别计算所述的分布式汽车鸣笛声源的基于到达频率FOA和基于到达时间差TDOA的代价函数，确定两组代价函数值；(4)确定所述的分布式汽车鸣笛声源基于到达频率FOA的位置估计值s1和速度估计值v以及基于到达时间差TDOA的位置估计值s2；(5)确定所述的监测车辆的分布式汽车鸣笛声源的所述的声源位置。2.根据权利要求1所述的基于TDOA
‑
FOA实现可适应运动声源的分布式汽车鸣笛声源实时快速定位的方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体为：根据所述的各个传声器距离所述的监测车辆的分布式汽车鸣笛声源的位置远近对采集到的鸣笛声源根据声源位置分布能量值，进行所述的监测车辆的鸣笛声源的能量检测，以此对所述的监测车辆的鸣笛声源位置进行预估计。3.根据权利要求1所述的基于TDOA
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FOA实现可适应运动声源的分布式汽车鸣笛声源实时快速定位的方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：(2.1)利用频谱分析测量所述的数个传声器监测到的所述的分布式汽车鸣笛声源的到达频率FOA；(2.2)基于时延估计应用广义互相关算法，通过参考传声器与任一非参考传声器接收到的声源信号进行相关处理，计算所述的监测车辆的到达时间差TDOA。4.根据权利要求1所述的基于TDOA
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FOA实现可适应运动声源的分布式汽车鸣笛声源实时快速定位的方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体为：将所述的分布式汽车鸣笛声源的声源信号进行相应的操作处理及计算处理，得到相应的代价函数，通过所述的代价函数确定与之相匹配的代价函数值。5.根据权利要求4所述的基于TDOA
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FOA实现可适应运动声源的分布式汽车鸣笛声源实时快速定位的方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体包括并发的基于到达时间差TDOA的代价函数值计算处理和基于到达频率FOA的代价函数值计算处理，所述的基于到达时间差TDOA的代价函数值计算处理，包括以下步骤：(3.1.a)将获取到的所述的监测车辆的声源信号的所在平面进行离散化处理；(3.2.a)将该平面分为多个网格，假定某个网格的中心坐标就是所述的监测车辆的鸣笛声源所在的假设实际位置，根据该位置计算出该假定鸣笛声源到达各个传声器的假设距离差；(3.3.a)根据所述的到达时间差TDOA计算出所述的鸣笛声源距离所述的各个传声器的实际距离差；(3.4.a)将所述的假设距离差与根据到达时间差TDOA计算得到的实际距离差相减，再进行取模求和，即得到基于到达时间差TDOA的代价函数；(3.5.a)遍历整个所述的鸣笛声源的预估计的声源面，根据所述的步骤(3.3.a)得到的
基于到达时间差TDOA的代价函数确定基于到达时间差TDOA的代价函数值；所述的基于到达频率FOA的代价函数值计算处理，包括以下步骤：(3.1.b)已知所述的鸣笛声源的运动方向，根据所述的鸣笛声源的假设实际位置选取任意两个传声器通过所述的频谱分析测量所得的鸣笛声源的到达频率FOA；(3.2.b)利用多普勒频移公式计算所述的鸣笛声源的运动速度大小和声源频率大小，计算其他传声器的到达频率FOA；(3.3.b)将计算得到的所述的其他传声器的到达频率FOA与通过频谱分析测量所得的到达频率FOA相减，再进行取模求和，即得到基于到达频率FOA的代价函数；(3.4.b)根据所述的步骤(3.3.b)得到的所述的基于到达频率FOA的代价函数确定基于到达频率FOA的代价函数值...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌小峰，肖坛，张雪芹，董泽宇，刘远哲，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：