CN101095097A - 确定冲击位置的方法 - Google Patents

Abstract

一种确定物体上的冲击的方法，该物体包括2个声传感器，以及该物体的N个活跃区域，包括步骤：(a)接收2个声信号s₁(t)和s₂(t)；(b)计算采样信号函数SIG_S(ω)＝S₁(ω)·S₂(ω)^*，其中，S₁(ω)和S₂(ω)分别为s₁(t)和s₂(t)的傅立叶变换，(c)将SIG_S(ω)与N个预定参考信号函数SIG_Rj(ω)相比较，每个对应于一个预定的活跃区域j，其中，j的取值从1到N；(d)基于步骤(c)的比较，确定一个冲击产生的活跃区域。

Description

确定冲击位置的方法

技术领域

本发明涉及一种确定冲击位置的方法，以及使用该方法的装置。

背景技术

一种已知的确定一个物体的冲击位置的方法在法国专利FR2841022中已经提及。根据该专利文件，该物体可以包括两个声传感器以及所述物体的N个预定的活跃区域，其中，N是一个整数，且N≥1。为了确定一个冲击发生的活跃区域，由声传感器接收到的声音信号与N个声音信号进行比较，并被记录于数据库中，并且每个声音信号与N个预定的活跃区域之一相对应。因此，当使用两个声传感器时，需要2N个比较计算来完成该任务。

本发明的目的在于提供一种确定冲击位置的方法，改善了计算速率并且不需要很高的计算能力。

发明内容

本发明提出了一种确定一个物体上的冲击位置的方法，所述物体包括：

-两个声传感器；

-N个预定的活跃区域，其中，N是一个整数，且N≥1；

所述方法包括以下步骤：

(a)接收两个分别源于所述声传感器的声音信号s₁(t)和s₂(t)，这两个声音信号由在所述物体上接收到的一个冲击产生；

(b)计算一个采样信号函数：

SIG_S(ω)＝S₁(ω)·S₂(ω)^*，

其中，S₁(ω)和S₂(ω)分别为s₁(t)和s₂(t)的傅立叶变换，其中，^*是复共轭算子；

(c)将SIG_S(ω)与N个预定参考信号函数SIG_Rj(ω)相比较，每个对应于一个预定的活跃区域j，其中，j的取值从1到N；

(d)基于步骤(c)的比较，确定一个其中冲击产生的活跃区域。

在根据本发明的方法的不同实施例中，至少有下述特征中的一个被使用到：

-每个参考信号函数等于：

${\mathrm{SIG}}_{R_j}\left(\mathrm{\ω}\right)=R_{1j}\left(\mathrm{\ω}\right)\·R_{2j}{\left(\mathrm{\ω}\right)}^{*}$

其中，当一个冲击在预定区域j发生时，R_1j(ω)和R_2j(ω)是由每个声传感器分别接收到的声音信号r_1j(t)和r_2j(t)的傅立叶变换；

-步骤(c)包括一个相似性估计α_j的计算，其代表了 ${\mathrm{COR}}_j\left(\mathrm{\ω}\right)={\mathrm{SIR}}_{R_j}\left(\mathrm{\ω}\right)\·{\mathrm{SIG}}_S{\left(\mathrm{\ω}\right)}^{*}$ 的相位函数(COR_j(ω))；

-步骤(c)包括了一个函数δ_j(ω)的计算，其中，j的取值从1到N，其中，如果(COR_j(ω))属于I_k，那么δ_j(ω)＝ε_k，其中，ε_k是一个预定值，I_k是一个相应的角度区间，其中，k的取值从1到n，其中，n是一个比1大的整数；

-ε_i值小于等于1；

-在本方法中：

如果|(COR_j(ω))|≤a1，那么δ_j(ω)＝ε₁，

…

如果n大于2并且a_k-1＜|(COR_j(ω))|≤a_k，那么δ_j(ω)＝ε_k，其中，k＝2…n-1，

…

如果|(COR_j(ω))|≥a_n-1，那么δ_j(ω)＝ε_n，

其中，α_k随着k的增大而增大，ε_k随着k的增大而减小；

-在本方法中：

如果Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a₁)，那么δ_j(ω)＝ε₁，

…

如果n大于2并且|Im(COR_j(ω))|/tan(a_k-1)≥Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a_k)，那么δ_j(ω)＝ε_k，其中，k＝2...n-1，

…

否则，δ_j(ω)＝ε_n，

其中，Re(COR_j(ω))是COR_j(ω)的实部，Im(COR_j(ω))是COR_j(ω)的虚部；

-在本方法中：

如果γ_j(ω)≥β_j(ω)/tan(α₁)，那么δ_j(ω)＝ε₁＝1；

…

如果n大于2，且β_j(ω)/tan(a_k-1)＞γ_j(ω)≥β_j(ω)/tan(a_k)，那么δ_j(ω)＝ε_k，其中，k＝2，…n-1；

…

否则，δ_j(ω)＝ε_n，

并且其中：

β_j(ω)＝|1+{A_j(ω)/B_j(ω)}·{D(ω)/C(ω)}|，

γ_j(ω)＝signB_j(ω)·signC(ω){A_j(ω)/B_j(ω)}-{D(ω)/C(ω)}

如果B_j(ω)为正，那么signB_j(ω)＝1，如果B_j(ω)为负，那么signB_j(ω)＝-1，

如果C(ω)为正，那么signC(ω)＝1，如果C(ω)为负，那么signC(ω)＝-1，

A_j(ω)和B_j(ω)分别是每个参考信号函数SIG_Rj(ω)的实部和虚部，

C(ω)和D(ω)分别是每个复共轭采样信号函数SIG_S(ω)^*的实部和虚部；

-ε₁＝1并且ε_n＝0；

-n大于2并且ε_k＝cos(α_k-1)，其中，k＝2，…n-1；

- ${\mathrm{\α}}_j=K\·\underset{B}{\text{\∫}}{\mathrm{\δ}}_j\left(\mathrm{\ω}\right)\·\mathrm{d\ω},$ B是一个频率区间，K是一个常数；

-B＝[ω_min，ω_max]以及K与1/(ω_max-ω_min)成比例；

-冲击发生的活跃区域j₀被确定了，以使α_j0在N个计算的相似性估计α_j中是最大的类似估计器；

-可以得出这样的结论，只有α_j0在步骤(d)中是有效的，冲击才会发生在区域j₀中；

-如果α_j0比一个预定置信阈值大，那么α_j0是有效的；

-可以得出这样的结论，如果α_j0在步骤(d)中是无效的，那么冲击将不存在；

-如果声音信号s₁(t)和s₂(t)在一个预定的触发阈值之上，那么步骤(a)开始；

-在步骤(a)中声音信号s₁(t)和s₂(t)相对于实时的音频信号有延迟；

-傅立叶变换是一个快速傅立叶变换。

另外，本发明的另一个目标是一种确定一个物体上的冲击位置的装置，包括：

-由所述物体生成的两个声传感器，其用来接收两个在所述物体上由一个冲击生成的声音信号s₁(t)和s₂(t)；

-存储装置包括N个参考信号函数，对应于所述物体的N个预定活跃区域，其中，N是一个整数，且N≥1；

-计算装置，用于计算一个采样信号函数

SIG_S(ω)＝S₁(ω)·S₂(ω)^*

其中，S₁(ω)和S₂(ω)分别为s₁(t)和s₂(t)的傅立叶变换，其中，^*是复共轭算子；

-比较装置，用于将SIG_S(ω)与N个预定参考信号函数SIG_Rj(ω)相比较，其中，j的取值从1到N；

-处理装置，基于所述比较装置的结果，其用于确定冲击发生的一个活跃区域(1a)。

在根据本发明的装置的不同实施例中，至少有下述特征中的一个被使用到：

-每个参考信号函数等于：

${\mathrm{SIG}}_{R_j}\left(\mathrm{\ω}\right)=R_{1j}\left(\mathrm{\ω}\right)\·R_{2j}{\left(\mathrm{\ω}\right)}^{*}$

其中，当一个冲击在预定区域发生j发生时，R_1j(ω)和R_2j(ω)是由每个声传感器分别接收到的声音信号r_1j(t)和r_2j(t)的傅立叶变换；

-所述比较装置适合计算一个相似性估计α_j，其代表了 ${\mathrm{COR}}_j\left(\mathrm{\ω}\right)={\mathrm{SIG}}_{R_j}\left(\mathrm{\ω}\right)\·{\mathrm{SIG}}_S{\left(\mathrm{\ω}\right)}^{*}$ 的相位函数(COR_j(ω))；

-所述比较装置适合计算函数δ_j(ω)，其中，j的取值从1到N，其中，如果(COR_j(ω))属于I_k，那么δ_j(ω)＝ε_k，

其中，ε_k是一个预定值，I_k是一个相应的角区间，其中，k的取值从1到n，其中，n是一个比1大的整数；

-ε_i值不小于1；

-调整所述比较装置以使：

如果|(COR_j(ω))|≤a1，那么δ_j(ω)＝ε₁，

…

如果n大于2并且a_k-1＜|(COR_j(ω))|≤a_k，那么δ_j(ω)＝ε_k，其中，k＝2，…n-1，

…

如果|(COR_j(ω))|＞a_n-1，那么δ_j(ω)＝ε_n，

其中，a_k随着k的增大而增大，ε_k随着k的增大而减小；

-调整所述比较装置以使：

如果Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(α₁)，那么δ_j(ω)＝ε₁，

…

如果n大于2并且|Im(COR_j(ω))|/tan(a_k-1)＞Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a_k)，那么δ_j(ω)＝ε_k，其中，k＝2...n-1，

…

否则，δ_j(ω)＝ε_n，

其中，Re(COR_j(ω))是COR_j(ω)的实部，Im(COR_j(ω))是COR_j(ω)的虚部；

-调整所述比较装置以使：

如果γ_j(ω)≥β_j(ω)/tan(a₁)，那么δ_j(ω)＝ε₁＝1；

…

如果n大于2并且β_j(ω)/tan(a_k-1)＞γ_j(ω)≥β_j(ω)/tan(a_k)，那么δ_j(ω)＝ε_k，其中，k＝2...n-1；

…

否则，δ_j(ω)＝ε_n，

并且其中：

β_j(ω)＝|1+{A_j(ω)/B_j(ω)}·{D(ω)/C(ω)}|，

r_j(ω)＝signB_j(ω)·signC(ω){A_j(ω)/B_j(ω)}-{D(ω)/C(ω)}

如果B_j(ω)为正，那么signB_j(ω)＝1，如果B_j(ω)为负，那么signB_j(ω)＝-1，

如果C(ω)为正，那么signC(ω)＝1，如果C(ω)为负，那么signC(ω)＝-1，

A_j(ω)和B_j(ω)分别是每个参考信号函数SIG_Rj(ω)的实部和虚部，

C(ω)和D(ω)分别是每个复共轭采样信号函数SIG_S(ω)^*的实部和虚部；

-ε₁＝1并且ε_n＝0；

-n大于2并且ε_k＝cos(a_k-1)，其中，k＝2，...n-1；

-调整所述比较装置以使：

${\mathrm{\α}}_j=K\·\underset{B}{\text{\∫}}{\mathrm{\δ}}_j\left(\mathrm{\ω}\right)\·\mathrm{d\ω},$ B是一个频率区间，K是一个常数；

-调整处理装置使其用于确定冲击发生的活跃区域j₀以至于α_j0在N个计算的相似性估计α_j中是最大的相似性估计；

-调整处理装置使其用于确定：只有α_j0是有效的，冲击才会发生在区域j₀中；

-调整处理装置使其用于确定：如果α_j0比一个预定置信阈值大，那么α_j0是有效的；

-调整处理装置使其用于确定：如果α_j0是无效的，那么冲击将不存在；

这个方法和装置允许将比较器的数目减少至N，因为采样声音信号不再与每个参考声音信号相比较，而与每一对参考声音信号的信号函数相比较。此外，信号函数的计算不需要高的计算能力。而且，如下解释的，信号函数的相位并不依赖于激励波形，而仅仅依赖于冲击发生的位置。因此，仅仅通过研究信号函数的相位，冲击发生的活跃区域就可以被确定。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1示出了根据本发明的一个装置的示意图；

图2示出了根据本发明的第一实施例的，描述一种方法的流程图；

图3A和3B示出了根据本发明的第一实施例的，举例说明一个相似性估计的计算的图；

图4A和4B示出了根据本发明的第二实施例的，举例说明一个相似性计器的计算的图；以及

图5示出了根据本发明的第三实施例的，描述一种方法的流程图；

具体实施方式

如图1所示，本发明可以由一个包括一个物体1和由该物体产生的两个声传感器SENS1和SENS2的装置实现。

该物体1可以是一张桌子，一扇门，一堵墙，一个屏幕或其他东西，并且由木头，金属，水泥，玻璃或其他材料组成。声传感器SENS1和SENS2可以是压电传感器或者其他能够采样一个在该物体中传输的振动的传感器，例如，电容性传感器，磁致伸缩传感器，电磁传感器，声音速度计，光学传感器(激光干涉仪，激光振动计)等等。

传感器SENS1和SENS2的输出可以分别被连接到放大器3和4，放大器3和4的输出分别被连接到滤波器(F)5，6上。每个滤波器5，6的带宽可以在300Hz到20000Hz的范围内。滤波器5，6的输出被连接到一个多路复用器7上，该多路复用器7的输出被连接到一个模数转换器(ADC)8上。该模数转换器(ADC)8的输出被连接到一个处理单元(PU)9上，例如，一个微处理器，一个微控制器，一个DSP(数字信号处理器)，一个可编程逻辑阵列(CPLD，FPGA)等等。处理单元(PU)9可以连接到RAM9a和ROM10。

ROM10或者与处理单元9通信的任何其他的存储器包括一个N个参考信号函数SIG_Rj(ω)的数据库，其中，j＝1...N，对应于物体1的N个预定的活跃区域1a，在后续的描述中将提及。这些活跃区域中的每一个可以对应一个特殊的信息，并且可以被在该物体上的一个标记或其他指示所物化。

ROM10可以是一个硬盘，但也是一个EPROM，或者EEPROM，或者类似的。使用一个EEPROM可以允许简单地重新配置该装置，例如，对于其他应用，通过记录新的活跃区域1a。

参考信号函数可以在一个学习步骤中计算，例如，在该装置正常的使用之前，对于每一个单独的装置1-10都可以计算参考信号函数，或者对于一个装置1-10这些参考信号函数仅能被计算一次，随后在正常的使用状态下用于所有同样的装置。

在学习步骤中，一个在物体1的每个预定活跃区域1a上产生一个冲击，该冲击由传感器SENS1和SENS2感知。对于在一个活跃区域j(j＝1...N)上的每个冲击，传感器SENS1和SENS2产生声音信号，这些声音信号分别由放大器3和4放大，滤波器5，6滤波，多路复用器7复用，并且由模数转换器8采样。模数转换器8输出两个参考信号r_1j(t)和r_2j(t)，该两个参考信号r_1j(t)和r_2j(t)分别产生于两个传感器SENS1和SENS2。

参考声音信号r_1j(t)和r_2j(t)的傅立叶变换R_1j(ω)和R_2j(ω)随后被计算。每个参考声音信号的傅立叶变换R_ij(ω)等于：

R_ij(ω)＝C_i(ω)·H_Rij(ω)·E_Rj(ω)，(1)

其中，C_i(ω)是传感器i(i＝1，2)的脉冲响应的傅立叶变换，H_Rij(ω)是传播函数，取决于物体活跃区域j和传感器i之间的声波传播路径，E_Rj(ω)是在活跃区域j上的冲击波形的傅立叶变换。

然后，一个参考信号函数被计算：

SIG_Rj(ω)＝R_1j(ω)·R_2j(ω)^*(2)

其中，^*是复共轭算子。

将方程1代入方程2，得到：

SIG_Rj(ω)＝C₁(ω)H_R1j(ω)·E_Rj(ω)·C₂(ω)^*·H_R2j(ω)^*·E_Rj(ω)^*(3)

由于E_Rj(ω)·E_Rj(ω)^*＝|E_Rj(ω)|²，因此，方程(3)等同于方程(4)：

SIG_Rj(ω)＝C₁(ω)·C₂(ω)^*H_R1j(ω)·H_R2j(ω)^*·|E_Rj(ω)|²(4)

在该装置处于正常的使用状态下，当物体1上产生一个冲击，例如，当用户用手指或者其他物体(铁笔，钢笔或其他类似的物体)击打或触碰物体1，传感器SENS 1和SENS2接收到声音信号。这些声音信号分别由放大器3和4放大，滤波器5，6滤波，多路复用器7复用，并且由模数转换器8采样。

然后，分别产生于传感器i(在此例中i＝1，2)的采样信号S_i(t)由处理单元9处理，例如，根据如图2所述流程图所示的本发明的方法的第一实施例。该方法可以由处理单元9运行的程序所执行，包括计算装置S101-S103比较装置S104-S110和处理装置S111。

在本实施例中，2个采样声信号s₁(t)和s₂(t)各自的傅立叶变换S₁(ω)和S₂(ω)(优选地，只对于正频率ω)通过计算装置S101-S102被计算。这些傅立叶变换可是快速傅立叶变换(FFT)，因此，允许得到快速的结果，不需要强大的计算能力。

每个声信号的傅立叶变换S_i(ω)等于：

S_i(ω)＝C_i(ω)·H_Si(ω)·E_S(ω)(5)

其中，C_i(ω)是传感器i的冲击响应的傅立叶变换，H_Si(ω)是传播函数，取决于物体上冲击的位置和传感器i之间的声波传播路径，E_S(ω)是的冲击波形的傅立叶变换。

在步骤S103，计算装置计算采样信号函数：

SIG_S(ω)＝S₁(ω)·S₂(ω)^*，  (6)

其中，^*是复共轭算子。

将等式(5)代入等式(6)，得到：

SIG_S(ω)＝C₁(ω)·H_S1(ω)·E_S(ω)·C₂(ω)^*·H_S2(ω)^*·E_S(ω)^*  (7)

E_S(ω)·E_S(ω)^*＝|E_S(ω)|²，因此：

SIG_S(ω)＝C₁(ω)·C₂(ω)^*H_S1(ω)·H_S2(ω)^*·|E_S(ω)|²(8)

在步骤S104初始化比较装置后，对于物体的每个预定区域j，一个中间估计器(相关函数)在步骤S105中计算

COR_j(ω)＝SIG_Rj(ω)·SIG_S(ω)^*(9)

将式(4)和式(8)代入等式(9)，得到式(10)：

COR_j(ω)＝|C₁(ω)|²·|C₂(ω)|²·|E_Rj(ω)|²·|E_S(ω)|²·H_R1j(ω)·H_R2j(ω)^*·H_S1(ω)^*·H_S2(ω)(10)

因为|C₁(ω)|²，|C₂(ω)|²，|E_Rj(ω)|²和|E_S(ω)|²是模的平方，相位为0，所以中间估算器COR_j(ω)的相位(COP_j(ω))不取决于传感器3，4的冲击响应C₁(ω)，C₂(ω)，也不取决于冲击波形E_Rj(ω)，E_S(ω)。相位(COR_j(ω))仅仅取决于H_R1j(ω)·H_R2j(ω)^*·H_S1(ω)^*·H_S2(ω)的相位。即，学习步骤中物体内部的声波传播路径。

本发明的方法是基于以下的观察：

如果产生采样信号s₁(t)和s₂(t)的冲击不在活跃区域j，那么COR_j(ω)的相位不同且不为0，

如果产生采样信号s₁(t)和s₂(t)的冲击在活跃区域j，那么COR_j(ω)的相位为0，因为：

COR_j(ω)＝|C₁(ω)|²·|C₂(ω)|²·|E_Rj(ω)|²·|E_S(ω)|²·|H_1j(ω)|²·|H_2j(ω)|²(11)

因此，可以确定在物体1上产生的冲击是否在活跃区域1a，如果是，可以确定是哪一个活跃区域。

因为本方法基于直接或间接的COR_j(ω)的相位确定，应该注意到本方法的准确性不会因为使用不同类型的冲击或者使用不同特性的传感器3，4而改变，因为该相位在任何情况下都不依赖于在学习步骤和正常使用中使用的冲击波形，该相位也不依赖于传感器SENS1，SENS2的响应。

在步骤S106和S107中，检验相位(COR_j(ω))，以估计有多少SIG_S(ω)与SIG_Rj(ω)相匹配。为此，比较装置在步骤S106中计算函数δ_j(ω)，如图3A，3B所示。该函数δ_j(ω)可以如下计算：

如果相位(COR_j(ω))属于，例如，一个角度区间I₁＝[b1；a1]，其中，a₁＞0，且b₁＜0，则δ_j(ω)＝ε₁＝1；

否则δ_j(ω)＝ε₂＝0

应注意到，在步骤S106中，不一定必须计算(COR_j(ω))，例如，如果b₁＝-a₁，函数δ_j(ω)也可以如下计算：

如果Re(COR_j(ω))＞|Im(COR_j(ω))|/tan(α₁)，那么δ_j(ω)＝ε₁＝1；

否则，δ_j(ω)＝ε₂＝0。

在步骤S107中，函数δ_j(ω)在学习频率区间B＝[ω_min，ω_max]上积分，以得到相似性估算器

${\mathrm{\α}}_j=K.\underset{B}{\∫}{\mathrm{\δ}}_j\left(\mathrm{\ω}\right).\mathrm{d\ω},$ 其中K是归一化常数，等于(或成比例于)区间B的长度的倒数：K＝1/(ω_max-ω_min)。

该估算器α_j计算简便，不需要强大的计算能力并且正确表示了采样信号s₁(t)，s₂(t)和参考信号r₁(t)，r₂(t)的相似程度。

一旦N个估算器α_j被计算并存储到存储器中，可以通过步骤S110中的比较装置确定最大的相似度估算器α_j0。可以执行一系列的简单的比较。在变化实施例中，最大相似度估算器α_j0可以在计算相似度估算器α_j的比较装置的每次迭代时确定。

为了最终确定每个冲击发生的活跃区域，最大相似度估算器α_j0必须比在步骤S111中预定的置信阈值VAL大。例如，α_j0必须比VAL＝0.5大，才能被认为是有效的。如果α_j0大于置信阈值VAL，则活跃区域α_j0由处理装置被确定为是冲击产生的活跃区域。然后，一个与该活跃区域相联系的信息被传送到了一个软件，或者处理装置9可以开展行动等等。否则，冲击被认为是干扰或者是扰动。

在本发明的第二个实施例中，在步骤S106中可能用到多个角区间I_i，其他步骤与第一实施例中步骤相同。例如，图4A和4B显示了根据相位(COR_j(ω))而建立的4个可能的α_j值。

此处，相位(COR_j(ω))研究如下：

如果相位(COR_j(ω))属于区间I₁＝[b1；a1]，  且a₁＞0，且b₁＜0，则δ_j(ω)＝ε₁＝1；

如果相位(COR_j(ω))属于区间I₂＝[b₂；b₁[∪]a₂；a₁]，且a₂＞a₁，且b₂＜b₁，则δ_j(ω)＝ε₂ε₂＜1；

-如果相位(COR_j(ω))属于区间I₃＝[b₃；b₂[∪]a₃；a₂]，且180°＞a₃＞a₂且-180°＜b₃＜b₂(优选地，90°＞a₃＞a₂且-90°＜b₃＜b₂)，则δ_j(ω)＝ε₃，其中ε₃＜ε₂；

否则，δ_j(ω)＝ε₄＝0。

在本发明的第一个实施例中，应该注意到，在步骤S106中，不一定必须计算(COR_j(ω))，例如，如果b₁＝-a₁，b₂＝-a₂，且b₃＝-a₃，那么函数δ_j(ω)也可以如下计算：

如果Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a₁)，

那么δ_j(ω)＝ε₁＝1；

如果|Im(COR_j(ω))|/tan(a₁)＞Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a₂)，

那么δ_j(ω)＝ε₂；

如果|Im(COR_j(ω))|/tan(a₂)＞Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a₃)，

那么δ_j(ω)＝ε₃；

否则δ_j(ω)＝0。

Re(COR_j(ω))和Im(COR_j(ω))分别是复数COR_j(ω)的实部和虚部。

例如，ε₂和ε₃可以分别等于cos(a₁)和cos(a₂)。

更普遍地，COR_j(ω)的相位可以与n个角度阈值值0＜a₁＜a₂...＜a_n相比较如下：

如果Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a₁)，

那么δ_j(ω)＝ε₁＝1；

如果|Im(COR_j(ω))|/tan(a₁)＞Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a₂)，

那么δ_j(ω)＝ε₂；

如果|Im(COR_j(ω))|/tan(a₂)＞Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a₃)，

那么δ_j(ω)＝ε₃；

…

如果|Im(COR_j(ω))|/tan(a_k-1)＞Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a_k)，

那么δ_j(ω)＝ε_k；    (12)

…

如果|Im(COR_j(ω))|/tan(a_n-2)＞Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a_n-1)，

那么δ_j(ω)＝ε_n-1；

否则δ_j(ω)＝ε_n＝0。

ε_k的值确定以使ε₁＞ε₂＞...＞ε_n＞0，这些值可以等于ε_k＝cos(a_k-1)，其中k＝2，...n且ε_n+1＝0。

在第二个实施例中，该方法的其他步骤可以与在第一个实施例中上述的步骤相同。

在第三个实施例中，如图5中显示，避免计算上述相关函数COR_j(ω)(j＝1，...N).

实际上，SIG_Rj＝A_j(ω)+ jB_j(ω)(A_j和B_j分别是SIG_Rj的实部和虚部)，而SIG_S＝C(ω)+ jD(ω)(C和D分别是SIG_S的实部和虚部)，因此，上述的等式(12)可以写成如下：

|B_j(ω)C(ω)+A_j(ω)D(ω)|/tan(a_k-1)＞A_j(ω)C(ω)-B_j(ω)D(ω)＞

|B_j(ω)C(ω)+A_j(ω)D(ω)|/tan(a_k)           (13)

|B_j(ω)|·|C(ω)|·|1+{A_j(ω)/B_j(ω)}·{D(ω)/C(ω)}|/tan(a_k-1)＞A_j(ω)C(ω)-B_j(ω)D(ω)＞

|B_j(ω)|·|C(ω)|·|1+{A_j(ω)/B_j(ω)}·{D(ω)/C(ω)}|/tan(α_k)(14)

β_j(ω)/tan(a_k-1)＞γ_j(ω)＞β_j(ω)/tan(a_k)    (15)

其中，β_j(ω)＝|1+{A_j(ω)/B_j(ω)}·{D(ω)/C(ω)}|

γ_j(ω)＝signB_j(ω)sjgnC(ω)·{A_j(ω)/B_j(ω)}-{D(ω)/C(ω)}；

如果B_j(ω)为正，那么signB_j(ω)＝1，如果B_j(ω)为负，那么signB_j(ω)＝-1，

如果C(ω)为正，那么signC(ω)＝1，如果C(ω)为负，那么signC(ω)＝-1。

因此，该第三个实施例，并没有计算相关函数COR_j(ω)，而是在步骤S105中计算上述函数β_j(ω)和γ_j(ω)。应该注意到，该计算非常简单，只需要：

预先在存储器10中存储signB_j(ω)和比例A_j(ω)/B_j(ω)，其中，j＝1，...N(即每个实数+1比特，COR_j(ω)的完整计算意味着存储完整的参考信号函数(一个复数，即相当于两个实数))；

signC(ω)和比例D(ω)/C(ω)可以在步骤S105的开始阶段存储，这以后，步骤S105只进行了有限个数的操作来计算β_j(ω)和γ_j(ω)。

然后，在步骤S106中，COR_j(ω)的相位与n-1个角度阈值值0＜a₁＜a₂...＜a_n通过等式(15)比较：

如果γ_j(ω)≥β_j(ω)/tan(a₁)，则δ_j(ω)＝ε₁＝1；

…

如果n大于2，且β_j(ω)/tan(a_k-1)＞γ_j(ω)≥β_j(ω)/tan(a_k)，则δ_j(ω)＝ε_k，其中k＝2，...n-1；

否则，δ_j(ω)＝ε_n＝0。

ε_k的值取为以使ε₁＞ε₂＞...＞ε_n＞0，这些值可以等于ε_k＝cos(a_k-1)，其中k＝2，...n且ε_n+1＝0。

如果n＝1，该比较限制为：

如果γ_j(ω)≥β_j(ω)/tan(a₁)，则δ_j(ω)＝1；

否则，δ_j(ω)＝0。

该方法的接下来的步骤S107-S111与上述的本发明的第一实施例和第二实施例中的步骤类似。

根据本发明的一个进一步的实施例，声信号的采样只在当数模转换器8所接收到的信号大于触发阈值时触发。因此，该装置仅仅采样相关的声信号。这允许降低干扰的敏感度。在本实施例中，采样信号s₁(t)和s₂(t)可能比实际信号延时。事实上，为了避免触发阈值阻止了最开始的声信号的记录这一情况，可以添加一个延时装置，为了在采样步骤被触发前几微秒记录信号的波形。

Claims (34)

1.一种确定物体上的冲击位置的方法，所述物体包括：

-两个声传感器(SENS1，SENS2)；

-N个预定的活跃区域(1a)，其中，N是一个整数，且N≥1；

所述方法包括以下步骤：

(a).接收两个分别源于所述声传感器(SENS1，SENS2)的声音信号s₁(t)和s₂(t)，这两个声音信号由在所述物体上接收到的一个冲击产生；

(b).计算一个采样信号函数：

SIG_S(ω)＝S₁(ω)·S₂(ω)^*，

其中，S₁(ω)和S₂(ω)分别为s₁(t)和s₂(t)的傅立叶变换，其中，^*是复共轭算子；

(c).将SIG_S(ω)与N个预定参考信号函数SIG_Rj(ω)相比较，每个对应于一个预定的活跃区域j，其中，j的取值从1到N；

(d).基于步骤(c)的比较，确定一个冲击产生的活跃区域(1a)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个参考信号函数等于：

${\mathrm{SIG}}_{R_j}\left(\mathrm{\ω}\right)=R_{1j}\left(\mathrm{\ω}\right)\·R_{2j}{\left(\mathrm{\ω}\right)}^{*}$

其中，当一个冲击在预定区域j发生时，R_1j(ω)和R_2j(ω)是由每个声传感器分别接收到的声音信号r_1j(t)和r_2j(t)的傅立叶变换；

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(c)包括一个相似性估计α_j的计算，α_j代表了 ${\mathrm{COR}}_j\left(\mathrm{\ω}\right)={\mathrm{SIG}}_{R_j}\left(\mathrm{\ω}\right)\·{\mathrm{SIG}}_S{\left(\mathrm{\ω}\right)}^{*}$ 的相位函数(COR_j(ω))；

4.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤(c)包括了一个函数δ_j(ω)的计算，其中，j的取值从1到N，其中，

如果(COR_j(ω))属于I_k，那么δ_j(ω)＝ε_k，

其中，ε_k是一个预定值，I_k是一个相应的角区间，其中，k的取值从1到n，其中，n是一个比1大的整数；

5.根据权利要求4所述的方法，其中，ε_i的值不大于1。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中：

如果|(COR_j(ω))|≤a1，那么δ_j(ω)＝ε₁，

...

如果n大于2并且a_k-1＜|(COR_j(ω))|≤a_k，那么δ_j(ω)＝ε_k，其中，k＝2...n-1，

...

如果|(COR_j(ω))|≥a_n-1，那么δ_j(ω)＝ε_n，

其中，a_k随着k的增大而增大，ε_k随着k的增大而减小；

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

如果Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a₁)，那么δ_j(ω)＝ε₁，

...

如果n大于2并且|Im(COR_j(ω))|/tan(a_k-1)＞Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a_k)，那么δ_j(ω)＝ε_k，其中，k＝2...n-1，

...

否则，δ_j(ω)＝ε_n，

并且其中，Re(COR_j(ω))是COR_j(ω)的实部，Im(COR_j(ω))是COR_j(ω)的虚部；

8.根据权利要求6所述的方法，其中：

如果γ_j(ω)≥β_j(ω)/tan(a₁)，那么δ_j(ω)＝ε₁＝1；

...

如果n大于2，且β_j(ω)/tan(a_k-1)＞γ_j(ω)≥β_j(ω)/tan(a_k)，那么δ_j(ω)＝ε_k，其中，k＝2，...n-1；

...

否则，δ_j(ω)＝ε_n，

并且其中：

β_j(ω)＝|1+{A_j(ω)/B_j(ω)}·{D(ω)/C(ω)}|，

γ_j(ω)＝signB_j(ω)·signC(ω)·{A_j(ω)/B_j(ω)}-{D(ω)/C(ω)}

如果B_j(ω)为正，那么signB_j(ω)＝1，如果B_j(ω)为负，那么signB_j(ω)＝-1，

如果C(ω)为正，那么signC(ω)＝1，如果C(ω)为负，那么signC(ω)＝-1，

A_j(ω)和B_j(ω)分别是每个参考信号函数SIG_Rj(ω)的实部和虚部，

C(ω)和D(ω)分别是每个复共轭采样信号函数SIG_S(ω)^*的实部和虚部；

9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其中，ε₁＝1并且ε_n＝0。

10.根据权力要求9所述的方法，其中n大于2并且ε_k＝cos(a_k-1)，其中，k＝2，...n-1；

11.根据权力要求4-10中任一项所述的方法，其中， ${\mathrm{\α}}_j=K\·\underset{B}{\∫}{\mathrm{\δ}}_j\left(\mathrm{\ω}\right)\·\mathrm{d\ω},$ 其中，B是一个频率区间，K是一个常数；

12.根据权利要求11所述的方法，其中，B＝[ω_min，ω_max]并且K与1/(ω_max-ω_min)成比例。

13.根据权利要求3-12中任一项所述的方法，其中，冲击发生的活跃区域j₀被确定以使α_j0在N个计算的相似性估计α_j中是最大的相似性估计；

14.根据权利要求13所述的方法，其中，可以得出这样的结论，只有α_j0在步骤(d)中是有效的，冲击才会发生在区域j₀中；

15.根据权利要求14所述的方法，其中如果α_j0比一个预定置信阈值(VAL)大，那么α_j0是有效的；

16.根据权利要求4或5所述的方法，其中，可以得出这样的结论，如果α_j0在步骤(d)中是无效的，那么冲击将不存在；

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，如果声音信号s₁(t)和s₂(t)在一个预定的触发阈值之上，那么步骤(a)开始；

18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(a)中声音信号s₁(t)和s₂(t)相对于实时的音频信号有延迟；

19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，傅立叶变换是一个快速傅立叶变换。

20.一种确定一个物体上的冲击位置的装置，包括：

-由所述物体生成的两个声传感器，其用来接收在所述物体上由一个冲击生成的两个声音信号s₁(t)和s₂(t)；

-存储装置(10)包括N个参考信号函数，对应于所述物体的N个预定活跃区域，其中，N是一个整数，且N≥1；

-计算装置(S101-S103)，用于计算一个采样信号函数

SIG_S(ω)＝S₁(ω)·S₂(ω)^*

其中，S₁(ω)和S₂(ω)分别为s₁(t)和s₂(t)的傅立叶变换，其中，^*是复共轭算子；

-比较装置(S104-S110)，用于将SIG_S(ω)与N个预定参考信号函数SIG_Rj(ω)相比较，其中，j的取值从1到N；

-处理装置(S111)，基于所述比较装置的结果，其用于确定冲击发生的一个活跃区域(1a)。

21.根据权利要求20所述的装置，其中，每个参考信号函数等于：

${\mathrm{SIG}}_{R_j}\left(\mathrm{\ω}\right)=R_{1j}\left(\mathrm{\ω}\right)\·R_{2j}{\left(\mathrm{\ω}\right)}^{*}$

其中，当一个冲击在预定区域发生j发生时，R_1j(ω)和R_2j(ω)是由每个声传感器分别接收到的声音信号r_1j(t)和r_2j(t)的傅立叶变换；

22.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述比较装置(S104-S110)被用于计算一个相似性估计α_j，其代表了 ${\mathrm{COR}}_j\left(\mathrm{\ω}\right)={\mathrm{SIG}}_{R_j}\left(\mathrm{\ω}\right)\·{\mathrm{SIG}}_S{\left(\mathrm{\ω}\right)}^{*}$ 的相位函数(COR_j(ω))；

23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述比较装置(S104-S110)被用于计算函数δ_j(ω)，其中，j的取值从1到N，其中，如果(COR_j(ω))属于I_k，那么δ_j(ω)＝ε_k，

其中，ε_k是一个预定值，I_k是一个相应的角区间，其中，k的取值从1到n，其中，n是一个比1大的整数；

24.根据权利要求23所述的装置，其中ε_i值不小于1；

25.根据权利要求23或24所述的装置，其中，所述比较装置(S104-S110)被用于使得：

如果|(COR_j(ω))|≤a1，那么δ_j(ω)＝ε₁，

…

如果n大于2并且a_k-1＜|(COR_j(ω))|≤a_k，那么δ_j(ω)＝ε_k，其中，k＝2，...n-1，

...

如果|(COR_j(ω))|＞a_n-1，那么δ_j(ω)＝ε_n，

其中，a_k随着k的增大而增大，ε_k随着k的增大而减小；

26.根据权利要求25所述的装置，其中，所述比较装置(S104-S110)被用于使得：

如果Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a₁)，

那么δ_j(ω)＝ε₁，

...

如果n大于2并且|Im(COR_j(ω))|/tan(a_k-1)＞Re(COR_j(ω))≥|Im(COR_j(ω))|/tan(a_k)，

那么δ_j(ω)＝ε_k，其中，k＝2...n-1，

...

否则，δ_j(ω)＝ε_n，

其中，Re)COR_j(ω))是COR_j(ω)的实部，Im(COR_j(ω))是COR_j(ω)的虚部；

27.根据权利要求25所述的装置，其中，所述比较装置(S104-S110)被用于使得：

如果γ_j(ω)≥β_j(ω)/tan(a₁)，那么δ_j(ω)＝ε₁＝1；

...

如果n大于2并且β_j(ω)/tan(a_k-1)＞γ_j(ω)≥β_j(ω)/tan(a_k)，那么δ_j(ω)＝ε_k，其中，k＝2...n-1；

...

否则，δ_j(ω)＝ε_n，

并且其中：

β_j(ω)＝|1+{A_j(ω)/B_j(ω)}·{D(ω)/C(ω)}|，

γ_j(ω)＝signB_j(ω)·signC(ω)·{A_j(ω)/B_j(ω)}-{D(ω)/C(ω)}

如果B_j(ω)为正，那么signB_j(ω)＝1，如果B_j(ω)为负，那么signB_j(ω)＝-1，

如果C(ω)为正，那么signC(ω)＝1，如果C(ω)为负，那么signC(ω)＝-1，

A_j(ω)和B_j(ω)分别是每个参考信号函数SIG_Rj(ω)的实部和虚部，

C(ω)和D(ω)分别是每个采样信号函数SIG_S(ω)的实部和虚部。

28.根据权利要求25-27中任一项所述的装置，其中，ε₁＝1并且ε_n＝0；

29.根据权利要求28所述的装置，其中，n大于2并且ε_k＝cos(a_k-1)，其中，k＝2，...n-1；

30.根据权利要求23-29其中任意一项所述的装置，其中所述比较装置(S104-S110)以致：

${\mathrm{\α}}_j=K\·\underset{B}{\∫}{\mathrm{\δ}}_j\left(\mathrm{\ω}\right)\·\mathrm{d\ω},$

其中，B是一个频率区间，K是一个常数；

31.根据权利要求23-30中任一项所述的装置，其中，该处理装置(S111)被调整以确定冲击发生的活跃区域j₀以致α_j0在N个计算的相似性估计α_j中是最大的相似性估计；

32.根据权利要求31所述的装置，其中，该处理装置(S111)被调整以确定：只有α_j0是有效的，冲击才会发生在区域j₀中；

33.根据权利要求32所述的装置，该处理装置(S111)被调整以确定：如果α_j0比一个预定置信阈值(VAL)大，那么α_j0是有效的；

34.根据权利要求32或33所述的装置，其中，该处理装置(S111)被调整以确定：如果α_j0是无效的，那么冲击将不存在。

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