一种声源定位装置和方法

1.本发明涉及声源定位技术领域，尤其是涉及一种声源定位装置和方法。


背景技术：

2.在人类生活中声信号无处不在，如何获取有效声源信息和利用声信号实现信号的评估在声学分析领域中具有重要的应用价值。其中环境中弱声信号的有效获取、信号特征分析与评估以及对于声源的定位等在工业生产、日常生活等各个领域中都具有重要研究价值。
3.声源定位是利用声源自身辐射的声波信号获取其位置信息的一项技术。常见的声源定位方法有基于可控波束的定位、基于频谱估计的定位。基于可控波束形成的定位算法，可控波束形成技术本质上是一种最大似然估计，它需要声源和环境噪声的先验知识。在实际使用中，这种先验知识往往很难获得。此外，最大似然估计是一个非线性最优化问题，这类目标函数往往有多个极点，从而难以找到全局最优点。若要通过其他搜索方法找到全局最优点，就会极大地增加复杂度。基于频谱估计的定位方法，将概率理论运用到频谱分析中。频谱估计就是所估计的参数为频率，在这里所估计的就是方程中的位置参数,进而实现物体的定位。对于测试集中的一个类别变量特征，如果在训练集里没见过，预测功能将会失效。同时频谱估计有分布独立的假设前提，但现实生活中这些预测物很难完全独立，便使其具有局限性。以上声源定位方法的缺陷在于计算量大从而导致硬件实现成本昂贵，只适合实验室的研究分析使用，无法适应消费市场低成本、快速定位的需求。目前市场上的声源定位装置在定位过程中，由于目标与定位装置距离不定,致使传感器接收信号幅值变化较大,若超出硬件电路的动态范围,则定位装置将无法正常工作,导致定位装置工作稳定性降低。并且声源定位装置所处环境复杂,导致其接收数据往往含有较多高频噪声成分,使信号畸变严重，从而无法实现准确定位。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种声源定位装置和方法，用于解决定位区域不可调、集成度低、功能单一、不能够快速测量和定位声源的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种声源定位装置，包括四个声音采集装置和主机控制装置，所述声音采集装置通过线缆与所述主机控制装置连接。
6.优选的，所述声音采集装置包括装置盒，所述装置盒内部设置有声音采集mic模块、自动增益控制电路模块、低通滤波电路模块和整形电路模块。
7.优选的，所述声音采集mic模块的输出端与所述自动增益控制电路模块输入端连接，所述自动增益控制电路模块输出端与所述低通滤波电路模块的输入端连接，所述低通滤波电路模块的输出端与所述整形电路模块的输入端连接，所述整形电路模块的输出端与所述主机控制装置连接。
8.优选的，所述主机控制装置包括机箱，所述机箱内部设置有电源模块、微控制器模
块和存储模块，所述机箱外表面上嵌设有显示模块，所述电源模块与设置在所述机箱外表面顶部的电源开关连接，所述机箱背部设置有四个四芯线缆插口。
9.一种声源定位方法，包括以下步骤：
10.s1，将四个声音采集装置放置于定位区域的四个角，按对应连接关系分别连接到主机控制装置背面的四个四芯插口处；
11.s2，按下主机控制装置的电源开关接通装置电源，此时主机控制装置的显示模块上显示主界面的输入定位区域尺寸界面；
12.s3，点击输入定位区域尺寸旋钮，进入输入定位区域尺寸界面，在该界面的“定位区域长”、“定位区域宽”条形框内分别输入定位区域的长、宽尺寸，输入完成后点击“确定”旋钮，进入定位测量界面，点击“开始测量”旋钮；
13.s4，将声源设备放置于定位区域内的任何位置，按下按钮，声源设备发出声音后，主机控制装置的显示模块在界面上对应位置将显示测量出的声源坐标信息；
14.s5，按下测量界面的“重新测量”按钮，将进入“测量界面”，准备下一次测量。
15.优选的，在步骤s2中，利用带有触摸功能的显示模块中的软件实现多级菜单功能，主界面输入定位区域尺寸，定位区域为方形，进入定位区域尺寸输入界面，在该界面的区域长、宽条形框内输入定位区域的长、宽尺寸，单位为cm。
16.优选的，在步骤s4中，声源设备发出声音后，声音采集mic完成声信号到电信号的转换，转换后的电信号通过自动增益控制电路模块、低通滤波电路模块、整形电路模块后输出方波信号到主机控制装置，主机控制装置对四个声音采集装置传过来的信号进行分析处理，计算出声源坐标并显示于显示模块。
17.因此，本发明采用上述提供的一种声源定位装置和方法，具备以下有益效果：
18.(1)本发明中采用自动增益控制电路模块将电信号进行无失真放大从而大大拓宽了声音采集mic模块接收到的信号幅值变化范围。
19.(2)本发明中采用低通滤波电路模块滤除环境中的高频信号干扰，整形电路模块将信号转换成标准的方波信号输出到主机控制装置进行分析处理，从而提高定位装置定位的精确度和在复杂环境中的实用性。
20.(3)本发明操作简单，测量快速，定位区域可调节、集成度高，而且带有人机交互功能，具有数据记录，能够实现复杂环境下的快速声源定位。
21.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
22.图1是本发明实施例提供的一种声源定位装置和方法的系统组成框图；
23.图2是本发明实施例提供的一种声源定位装置的整体结构示意图；
24.图3是本发明实施例提供的一种声源定位装置的主机控制装置正面结构示意图；
25.图4是本发明实施例提供的一种声源定位装置的主机控制装置侧面结构示意图；
26.图5是本发明实施例提供的一种声源定位装置的主机控制装置背面结构示意图；
27.图6是本发明实施例提供的一种声源定位方法的软件流程图；
28.附图标记
29.1、声音采集mic模块，2、自动增益控制电路模块，3、低通滤波电路模块，4、整形电
路模块，5、装置盒，6、电源模块，7、微控制器模块，8、存储模块，9、显示模块，10、机箱，11、线缆，12、电源开关。
具体实施方式
30.实施例一
31.如图1-图5，本发明提供的一种声源定位装置，包括四个声音采集装置和主机控制装置，声音采集装置通过线缆11与主机控制装置连接。主机控制装置通过线缆11为声音采集模块供电、接收信号、发送指令。声音采集装置包括装置盒5，装置盒5内部设置有声音采集mic模块1、自动增益控制电路模块2、低通滤波电路模块3和整形电路模块4。声音采集mic模块1的输出端与自动增益控制电路模块2输入端连接，自动增益控制电路模块2输出端与低通滤波电路模块3的输入端连接，低通滤波电路模块3的输出端与整形电路模块4的输入端连接，整形电路模块4的输出端与主机控制装置连接。主机控制装置包括机箱10，机箱10内部设置有电源模块6、微控制器模块7和存储模块8，机箱10外表面上嵌设有显示模块9，电源模块6与设置在机箱10外表面顶部的电源开关12连接，机箱10背部设置有四个四芯线缆插口
32.如图6，一种声源定位方法，包括以下步骤：
33.s101，将四个声音采集装置放置于定位区域的四个角，按对应连接关系分别连接到主机控制装置背面的四个四芯插口处；
34.s102，按下主机控制装置的电源开关接通装置电源，此时主机控制装置的显示模块上显示主界面的输入定位区域尺寸界面；
35.s103，点击输入定位区域尺寸旋钮，进入输入定位区域尺寸界面，在该界面的“定位区域长”、“定位区域宽”条形框内分别输入定位区域的长、宽尺寸，输入完成后点击“确定”旋钮，进入定位测量界面，点击“开始测量”旋钮；
36.s104，将声源设备放置于定位区域内的任何位置，按下按钮，声源设备发出声音后，主机控制装置的显示模块在界面上对应位置将显示测量出的声源坐标信息；
37.s105，按下测量界面的“重新测量”按钮，将进入“测量界面”，准备下一次测量。
38.工作原理：声音采集mic模块1实现声信号到电信号的转换，由驻极体麦克风、麦克风放大电路、组成；自动增益控制电路模块2将声音采集mic模块1转换的电信号进行无失真放大从而大大拓宽了硬件电路接收有效信号的动态范围；低通滤波电路模块3将滤除复杂环境中的高频信号，提高定位装置的稳定性、实用性和定位准确度；整形电路模块4将经过自动增益控制电路模块、低通滤波电路模块3处理后的信号进行整形，最终输入标准的方波信号到主机控制装置。显示模块9镶嵌于机箱10的正面，带有触摸功能，利用软件实现多级菜单功能。电源开关12开启后，主界面选择输入定位区域尺寸，定位区域为方形区域，大小可调节设置完成后进入点击完成，随后进入定位测量界面，将声源设备放于定位区域的任意位置，按下声源设备的开关，声源装置发出声波，点击“开始测量”即立即进行定位测量。
39.本发明采用上述的一种声源定位装置和方法，定位区域可调节、集成度高、操作简单、测量快速，而且带有人机交互功能，具有数据记录，能够实现复杂环境下的的快速声源定位，提高了工作效率。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位
置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种声源定位装置，其特征在于：包括四个声音采集装置和主机控制装置，所述声音采集装置通过线缆与所述主机控制装置连接。2.根据权利要求1所述的一种声源定位装置，其特征在于：所述声音采集装置包括装置盒，所述装置盒内部设置有声音采集mic模块、自动增益控制电路模块、低通滤波电路模块和整形电路模块。3.根据权利要求2所述的一种声源定位装置，其特征在于：所述声音采集mic模块的输出端与所述自动增益控制电路模块输入端连接，所述自动增益控制电路模块输出端与所述低通滤波电路模块的输入端连接，所述低通滤波电路模块的输出端与所述整形电路模块的输入端连接，所述整形电路模块的输出端与所述主机控制装置连接。4.根据权利要求3所述的一种声源定位装置，其特征在于：所述主机控制装置包括机箱，所述机箱内部设置有电源模块、微控制器模块和存储模块，所述机箱外表面上嵌设有显示模块，所述电源模块与设置在所述机箱外表面顶部的电源开关连接，所述机箱背部设置有四个四芯线缆插口。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种声源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，将四个声音采集装置放置于定位区域的四个角，按对应连接关系分别连接到主机控制装置背面的四个四芯插口处；s2，按下主机控制装置的电源开关接通装置电源，此时主机控制装置的显示模块上显示主界面的输入定位区域尺寸界面；s3，点击输入定位区域尺寸旋钮，进入输入定位区域尺寸界面，在该界面的“定位区域长”、“定位区域宽”条形框内分别输入定位区域的长、宽尺寸，输入完成后点击“确定”旋钮，进入定位测量界面，点击“开始测量”旋钮；s4，将声源设备放置于定位区域内的任何位置，按下按钮，声源设备发出声音后，主机控制装置的显示模块在界面上对应位置将显示测量出的声源坐标信息；s5，按下测量界面的“重新测量”按钮，将进入“测量界面”，准备下一次测量。6.根据权利要求5所述的一种声源定位方法，其特征在于：在步骤s2中，利用带有触摸功能的显示模块中的软件实现多级菜单功能，主界面输入定位区域尺寸，定位区域为方形，进入定位区域尺寸输入界面，在该界面的区域长、宽条形框内输入定位区域的长、宽尺寸，单位为cm。7.根据权利要求5所述的一种声源定位方法，其特征在于：在步骤s4中，声源设备发出声音后，声音采集mic完成声信号到电信号的转换，转换后的电信号通过自动增益控制电路模块、低通滤波电路模块、整形电路模块后输出方波信号到主机控制装置，主机控制装置对四个声音采集装置传过来的信号进行分析处理，计算出声源坐标并显示于显示模块。

技术总结
本发明公开了一种声源定位装置和方法，属于声源定位技术领域。包括有包括四个声音采集装置和主机控制装置，声音采集装置通过线缆与主机控制装置连接。定位过程中，四个声音采集装置分别放置在方形定位区域的四个角，每个声音采集模块通过声音采集MIC完成声信号到电信号的转换，转换后的电信号通过自动增益控制电路模块、低通滤波电路模块、整形电路模块后输出方波信号到主机控制装置，经过主机控制装置的微控制器处理后，将计算出的声源装置坐标显示在主机控制装置的显示模块上。本发明具有可移动、定位区域可调节、装置集成度高、操作简单、测量快速、准确度高、具备交互功能的特点，适用于声源的快速定位。适用于声源的快速定位。适用于声源的快速定位。


技术研发人员：朱正 郭文肖 刘羽欣 陈茂森 郭小宝 周昊 陈秋实 单侪 杜辰君 姜海丽 张杨
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/9/14