CN105388479B - 一种基于麦克风阵列的运动目标速度估计方法 - Google Patents

一种基于麦克风阵列的运动目标速度估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于麦克风阵列的运动目标速度估计方法，包括以下步骤：(1)运动目标经过麦克风阵列时，麦克风阵列按帧长为ΔT的时间帧对该运动目标进行角度估计，从而得到运动目标在每个时间帧上的角度估计值；(2)找到运动目标距离麦克风阵列最近的时间帧t0；(3)利用距离麦克风阵列最近的时间帧t0前后各N个时间帧上的角度估计值结合麦克风阵列到运动目标运动轨迹的垂直距离d，即可按公式估计出该运动目标的速度v。本发明具有操作简单，计算量低，估计精度高等优点。

Description

一种基于麦克风阵列的运动目标速度估计方法
技术领域
本发明涉及声目标速度估计技术领域，特别是涉及一种基于麦克风阵列的运动目标速度估计方法。
背景技术
在诸多场合中，对运动目标速度的估计一直是一个非常重要的内容。常用的采用麦克风用于估计速度的方式有两种。一种是根据车辆经过时候产生的多普勒效应，将车辆经过的整段信号在频谱上进行分析用以估计多普勒效应产生的频率偏移而估计出速度；第二种是，采用两个并排放置的麦克风，利用最大似然估计的方式对速度进行估计。这两种方式不但操作复杂，计算量大，而且因为受多种因素影响，精度不高，不适合诸如无线传感器之类功耗极低的传感器使用。
发明内容
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运动目标速度估计方法，具有操作简单，计算量低，估计精度高等优点。
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运动目标速度估计方法，包括以下步骤：
(1)运动目标经过麦克风阵列时，麦克风阵列按帧长为ΔT的时间帧对该运动目标进行角度估计，从而得到运动目标在每个时间帧上的角度估计值；
(2)找到运动目标距离麦克风阵列最近的时间帧t0；
(3)利用运动目标距离麦克风阵列最近的时间帧t0前后各N个时间帧上的角度估计值结合麦克风阵列到运动目标运动轨迹的垂直距离d，估计出该运动目标的速度v。
所述步骤(2)中将各时间帧上估计出的角度最接近于某个特定角度的时间帧作为运动目标距离麦克风阵列最近的时间帧t0，其中这个特定角度指的是运动目标距离麦克风阵列最近位置的角度。
所述步骤(3)中通过估计出运动目标的速度v，其中，修正因子或者1，c为声音传播速度，前者考虑了声音传播效应，后者忽略了声音传播效应,v1(n)和v2(n)分别表示目标速度在距离麦克风阵列最近的时间帧t0前后第n帧上的两个速度估计值，θn为运动目标在距离麦克风阵列最近的时间帧t0后第n个时间帧上的角度估计值、θ-n为运动目标在距离麦克风阵列最近的时间帧t0前第n个时间帧上的角度估计值。
有益效果
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：本发明利用麦克风阵列来对运动目标速度进行估计，相比传统的麦克风速度估计方式具有低功耗、操作简单，估计精度高等优点，能很好地和现有采用麦克风阵列进行目标追踪的传感器结合起来。
附图说明
图1是本发明的应用示意图；
图2是具体实施例的定向结果图。
具体实施方式
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。
本发明的实施方式涉及一种基于麦克风阵列的运动目标速度估计方法，其应用示意图见图1，包括以下步骤：(1)运动目标经过麦克风阵列时，麦克风阵列按帧长为ΔT的时间帧对该运动目标进行角度估计，从而得到运动目标在每个时间帧上的角度估计值；(2)运用算法找到运动目标距离麦克风阵列最近的时间帧t0；(3)利用运动目标距离麦克风阵列最近的时间帧t0前后各N个时间帧上的角度估计值结合麦克风阵列到运动目标运动轨迹的垂直距离d，即可按公式估计出该运动目标的速度v。
所述步骤(2)中将各时间帧上估计出的角度最接近于某个特定角度的时间帧作为运动目标距离麦克风阵列最近的时间帧t0，其中这个特定角度指的是运动目标距离麦克风阵列最近位置的角度,例如如果将目标距离麦克风阵列最近的位置作为0度方向，则将各时间帧上估计出的角度最接近0°的时间帧作为运动目标距离麦克风阵列最近的时间帧t0。所述步骤(3)中通过式(1)估计出运动目标的速度v，其中，修正因子或者1，c为声音传播速度，前者考虑了声音传播效应，后者忽略了声音传播效应,v1(n)和v2(n)分别表示目标速度在距离麦克风阵列最近的时间帧t0前后第n帧上的两个速度估计值，θn为运动目标在距离麦克风阵列最近的时间帧t0后第n个时间帧上的角度估计值、θ-n为运动目标在距离麦克风阵列最近的时间帧t0前第n个时间帧上的角度估计值。
下面以一个运动目标速度估计的具体实施例来进一步说明本发明。
步骤一：将一个四阵元均匀圆阵的麦克风阵列放置于公路3m处，将1号麦克风正对路面，采样率为8192HZ。车辆经过时，以每0.125S为一时间帧，利用麦克风阵列，使用定向算法按每帧信号进行定向，结果如图2所示。
步骤二：通过算法自动找出t0帧。本实施例采用找寻t0帧的计算方式为：各时间帧上估计出的角度最接近0°的时间帧就是t0。本例得到t0＝123。
步骤三：取N＝1，忽略声音传播，修正因子为1，使用式(1)进行计算。有
所以有
不难发现，本发明在麦克风阵列定向的基础上进行运动目标速度估计，充分挖掘了麦克风阵列的优势，相比现有的麦克风速度估计方式，操作简单，精度更高，是一种便捷而准确的速度估计方式。

Claims (2)

1.一种基于麦克风阵列的运动目标速度估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)运动目标经过麦克风阵列时，麦克风阵列按帧长为ΔT的时间帧对该运动目标进行角度估计，从而得到运动目标在每个时间帧上的角度估计值；
(2)找到运动目标距离麦克风阵列最近的时间帧t0；
(3)利用运动目标距离麦克风阵列最近的时间帧t0前后各N个时间帧上的角度估计值结合麦克风阵列到运动目标运动轨迹的垂直距离d，估计出该运动目标的速度v；其中通过估计出运动目标的速度v，其中，修正因子或者1，c为声音传播速度，前者考虑了声音传播效应，后者忽略了声音传播效应,v1(n)和v2(n)分别表示目标速度在距离麦克风阵列最近的时间帧t0前后第n帧上的两个速度估计值，θn为运动目标在距离麦克风阵列最近的时间帧t0后第n个时间帧上的角度估计值、θ-n为运动目标在距离麦克风阵列最近的时间帧t0前第n个时间帧上的角度估计值。
2.根据权利要求1所述的基于麦克风阵列的运动目标速度估计方法，其特征在于，所述步骤(2)中将各时间帧上估计出的角度最接近于某个特定角度的时间帧作为运动目标距离麦克风阵列最近的时间帧t0，其中这个特定角度指的是运动目标距离麦克风阵列最近位置的角度。
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