CN107632288A - 一种声源定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声源定位系统，包括声音采集模块、放大滤波电路、波束形成电路、峰值检波电路、比较电路、音频输出模块和蓝牙模块，声音采集模块包括四个麦克风组成的阵列，麦克风用于接收环境中的音频信号；放大滤波电路，用于对四路音频信号进行放大滤波；波束形成电路，用于对放大滤波后的四路音频信号移相时延，生成四路大小不同的正弦信号；峰值检波电路，用于将每路正弦信号转换为一个大小与其峰值相同的直流电平信号，即将四路正弦信号检波后得到的四个直流电平；比较电路，比较四个直流电平的大小来确定音频信号的位置信息。本发明可以同时对各方向发出声音的人或物进行定位，定位快速准确。

Description

一种声源定位系统

技术领域

本发明涉及声源定位技术领域，特别是一种声源定位系统。

背景技术

被动声探测定位技术是一种接收声场信息，利用电子装置确定目标声源位置的高新技术，该技术属于无辐射源目标定位技术，主要用于被动声探测，没有主动检测功能。其特点是系统本身仅依赖于目标声源的声音信号的接收，并实现使用接收到的声音信号来实现位置检测和定位目标声源。目前，声源定位技术主要是利用麦克风阵列接收声场信息，依靠声源信号到达各个阵元的时间差估计以及时间延迟估计来实现被动声源信号的测向和测距。因此，在已知几何关系的麦克风阵列情况下，由源信号准确到达每个麦克风阵元时间差的估算，我们可以准确地计算出的位置参数信息源。声源定位技术有着悠久的发展历史。其最先在声纳系统中使用，采用电磁波来发现水下目标的位置，在水下电磁波是非常大的，所以受到了距离限制。在这种情况下，水下目标声信号追踪法应运而生。1940意大利达芬奇首先发现了声管，水声被动定位技术由此诞生，现在有超过500年的发展历史。但真正意义上的发展，是在第二次世界大战结束后，在水下使用声纳来寻找目标的时候，这种方法也将很容易暴露自己，带来潜在的危险。因此人们开始了水下被动声定位的研究。在第一次世界大战中应用在地面上的被动声探测技术，主要是用来探测敌人的炮兵阵地，并取得了良好的应用效果。在第二次世界大战的时候，声探测技术是特别重要的，大部分炮兵侦察任务是依赖于声源定位技术实现的。在朝鲜战争中，声波检测技术也显示出独特的优越性。

但在一段时间内，随着红外，激光的兴起，雷达侦察技术在一定程度上影响了被动声探测源技术的发展，导致其曾经被忽视。但近年来，使用雷达搜索目标面临的电子干扰，低海拔的突变，隐身技术，反辐射导弹这四大挑战，使其越来越容易受到攻击。在这种情况下，人们开始重新审视被动声探测定位技术的应用价值，这是研究被动声探测技术的又一个重要的原因。目前，随着计算机技术，微电子技术的发展，现代数字信号处理技术，人工神经网络，自适应阵列处理技术，信号处理技术和其他相关技术，被动声定位技术再次发展迅速，并取得了进一步的实际应用。在国防现代化方面，声源定位技术可以用来测量在地面作战的炮兵阵地；可以用来找到隐藏在某地的狙击手位置，还可用于测量弹药试验火炮的着落点和空中炸点。在航空航天领域，可以使用声源定位技术来测量位置。此外，在现代军事战争中，坦克具有防护力强，机动性能好，火力强劲等特点，所以在地面战斗上能压制敌人；武装直升机以其灵活的运作方式和独特的超低飞行能力也深受战争的信赖。但随着现在隐身技术的迅速发展，应用在坦克和直升机上的传统检测技术已经丧失作用，在这种情况下，被动声源探测技术将发挥巨大的优势。

声源定位技术经过几十年的发展后，检测技术已经有了一定程度的发展，也有一定程度的提高。原来的普通声波检测技术是碳粒子或冷凝器来接收声信号，无线或光纤技术传输信号，通过点蚀纸袋或墨水磁带录音来记录信号信息，随后将录音机连接到计算机上，用计算机处理采集到的信号来分析出结果。现代的声源定位现代技术中，开发出了功率集成电路，简化了测量过程。 目前，基于麦克风阵列的声源定位是声学信号处理领域中的一个重要问题，相较于传统的阵列信号处理，阵列麦克风处理的语音信号没有载波，能够处理的信号范围广，适应能力强，在车载免提电话、视频会议系统、语音识别系统以及智能机器人等领域都有广泛应用。现有的对于未知位置的声源搜索的装置还是比较大，无法随身携带，从而就不能随时准确的判定声音位置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种声源定位系统，本发明可以同时对各方向发出声音的人或物进行定位，定位快速准确。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种声源定位系统，包括声音采集模块、放大滤波电路、波束形成电路、峰值检波电路、比较电路、音频输出模块和蓝牙模块，其中，声音采集模块、放大滤波电路、波束形成电路、峰值检波电路、比较电路依次顺序连接，音频输出模块和蓝牙模块分别与比较电路连接；其中，

声音采集模块包括四个麦克风组成的阵列，麦克风用于接收环境中的音频信号；

放大滤波电路，用于对四路音频信号进行放大滤波；

波束形成电路，用于对放大滤波后的四路音频信号移相时延，生成四路大小不同的正弦信号；

峰值检波电路，用于将每路正弦信号转换为一个大小与其峰值相同的直流电平信号，即将四路正弦信号检波后得到的四个直流电平；

比较电路，比较四个直流电平的大小来确定音频信号的位置信息；

音频输出模块，用于播放接收到的音频信号的位置信息；

蓝牙模块，用于将确定的音频信号的位置传输至外部网关。

作为本发明所述的一种声源定位系统进一步优化方案，峰值检波电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一至第八电阻、电容、第一二极管和第二二极管；其中，第一运算放大器的负输入端与第一电阻的一端、第一二极管的负极、第三电阻的一端分别连接，第一运算放大器的正输入端与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端与第七电阻的一端、地分别连接，第七电阻的另一端与第二运算放大器的正输入端连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第六电阻的一端、电容的一端、第五电阻的一端、第二运算放大器的负输入端分别连接，第五电阻的另一端与第二二极管的正极、第三电阻的另一端分别连接，第二二极管的负极与第一运算放大器的输出端、第一二极管的正极分别连接，电容的另一端与第八电阻的一端连接，第八电阻的另一端与第六电阻的另一端、第二运算放大器的输出端分别连接。

作为本发明所述的一种声源定位系统进一步优化方案，第一运算放大器为OPA2188运算放大器。

作为本发明所述的一种声源定位系统进一步优化方案，第二运算放大器为OPA2188运算放大器。

作为本发明所述的一种声源定位系统进一步优化方案，蓝牙模块为BTM610蓝牙模块。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明可以同时对各方向发出声音的人或物进行定位，定位快速准确；

（2）本发明结构简单，体积小巧，较佳的便携性；

（3）本发明电路设计简洁明了，低功耗运放，减小设备总体积，降低功耗，可以支持设备长时间稳定工作。

附图说明

图1是本发明系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种声源定位系统，包括声音采集模块、放大滤波电路、波束形成电路、峰值检波电路、比较电路、音频输出模块和蓝牙模块，其中，声音采集模块、放大滤波电路、波束形成电路、峰值检波电路、比较电路依次顺序连接，音频输出模块和蓝牙模块分别与比较电路连接；其中，

声音采集模块包括四个麦克风组成的阵列，麦克风用于接收环境中的音频信号；

放大滤波电路，用于对四路音频信号进行放大滤波；

波束形成电路，用于对放大滤波后的四路音频信号移相时延，生成四路大小不同的正弦信号；

峰值检波电路，用于将每路正弦信号转换为一个大小与其峰值相同的直流电平信号，即将四路正弦信号检波后得到的四个直流电平；

比较电路，比较四个直流电平的大小来确定音频信号的位置信息；

音频输出模块，用于播放接收到的音频信号的位置信息；

蓝牙模块，用于将确定的音频信号的位置传输至外部网关。

作为本发明所述的一种声源定位系统进一步优化方案，峰值检波电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一至第八电阻、电容、第一二极管和第二二极管；其中，第一运算放大器的负输入端与第一电阻的一端、第一二极管的负极、第三电阻的一端分别连接，第一运算放大器的正输入端与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端与第七电阻的一端、地分别连接，第七电阻的另一端与第二运算放大器的正输入端连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第六电阻的一端、电容的一端、第五电阻的一端、第二运算放大器的负输入端分别连接，第五电阻的另一端与第二二极管的正极、第三电阻的另一端分别连接，第二二极管的负极与第一运算放大器的输出端、第一二极管的正极分别连接，电容的另一端与第八电阻的一端连接，第八电阻的另一端与第六电阻的另一端、第二运算放大器的输出端分别连接。

第一运算放大器为OPA2188运算放大器，第二运算放大器为OPA2188运算放大器，蓝牙模块为BTM610蓝牙模块。

本发明可以同时对各方向发出声音的人或物进行定位，定位快速准确；本发明结构简单，体积小巧，较佳的便携性；本发明电路设计简洁明了，低功耗运放，减小设备总体积，降低功耗，可以支持设备长时间稳定工作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种声源定位系统，其特征在于，包括声音采集模块、放大滤波电路、波束形成电路、峰值检波电路、比较电路、音频输出模块和蓝牙模块，其中，声音采集模块、放大滤波电路、波束形成电路、峰值检波电路、比较电路依次顺序连接，音频输出模块和蓝牙模块分别与比较电路连接；其中，

声音采集模块包括四个麦克风组成的阵列，麦克风用于接收环境中的音频信号；

放大滤波电路，用于对四路音频信号进行放大滤波；

波束形成电路，用于对放大滤波后的四路音频信号移相时延，生成四路大小不同的正弦信号；

峰值检波电路，用于将每路正弦信号转换为一个大小与其峰值相同的直流电平信号，即将四路正弦信号检波后得到的四个直流电平；

比较电路，比较四个直流电平的大小来确定音频信号的位置信息；

音频输出模块，用于播放接收到的音频信号的位置信息；

蓝牙模块，用于将确定的音频信号的位置传输至外部网关。

2.根据权利要求1所述的一种声源定位系统，其特征在于，峰值检波电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一至第八电阻、电容、第一二极管和第二二极管；其中，第一运算放大器的负输入端与第一电阻的一端、第一二极管的负极、第三电阻的一端分别连接，第一运算放大器的正输入端与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端与第七电阻的一端、地分别连接，第七电阻的另一端与第二运算放大器的正输入端连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第六电阻的一端、电容的一端、第五电阻的一端、第二运算放大器的负输入端分别连接，第五电阻的另一端与第二二极管的正极、第三电阻的另一端分别连接，第二二极管的负极与第一运算放大器的输出端、第一二极管的正极分别连接，电容的另一端与第八电阻的一端连接，第八电阻的另一端与第六电阻的另一端、第二运算放大器的输出端分别连接。

3.根据权利要求2所述的一种声源定位系统，其特征在于，第一运算放大器为OPA2188运算放大器。

4.根据权利要求2所述的一种声源定位系统，其特征在于，第二运算放大器为OPA2188运算放大器。

5.根据权利要求1所述的一种声源定位系统，其特征在于，蓝牙模块为BTM610蓝牙模块。