CN112511817A - 一种鸣笛抓拍系统动态参数校准方法及其校准装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种鸣笛抓拍系统动态参数计量校准方法及其校准装置。本发明采用标准声源系统各声阵元依次发声的方法，模拟运动声源的噪声分布，对鸣笛抓拍系统的动态定位误差进行校准，通过测量参考传声器接收鸣笛声时刻和鸣笛抓拍系统声像图生成时刻对鸣笛抓拍系统的响应时间进行校准，实现对鸣笛抓拍系统动态参数的精确计量校准。鸣笛抓拍系统计量校准装置，包括多通道信号激励系统、标准声源系统、声信号采集分析系统、时间测量系统和上位机系统。利用本发明，可采用本计量校准方法对鸣笛抓拍系统动态参数进行校准，保障鸣笛抓拍系统的性能。

Description

一种鸣笛抓拍系统动态参数校准方法及其校准装置
技术领域
本发明涉及一种计量校准方法及其校准装置，具体涉及一种鸣笛抓拍系统动态参数校准方法及校准装置。
背景技术
随着经济的快速发展，各城市机动车数量逐年增加，截至据我国公安部统计，截至2020年6月，全国机动车保有量达3.6亿辆。这些穿梭于城市道路上的机动车在给人们创造便利的同时，也带来了严重的噪音污染。各地区的交通管理及环境保护部门在城市人群密集的区域或路段，如医院、疗养区、住宅区、学校等，对机动车鸣笛行为加以约束控制，禁止鸣喇叭，并制定、颁布相应法律和规章制度作为处罚依据。
机动车鸣笛抓拍系统，也称为电子声呐警察。鸣笛抓拍系统主要由三个部分构成：麦克风阵列采集模块、电子抓拍模块、电子屏提示模块。它的工作原理是先通过麦克风阵列采集模块对声音识别后进行采集，同时内置芯片可实时处理采集到的声音和图像信号，声源和车辆图像进行叠加可将在录像中标记车辆违法鸣笛的发声部位，最后实时呈现在电子屏提示模块上，从而精准确定鸣笛位置。
为了使鸣笛抓拍系统能够良好地应用于鸣笛车辆的抓拍识别，保障抓拍识别的准确性，需要对鸣笛抓拍系统的性能进行计量保障。许多学者对鸣笛抓拍系统的静态计量特性和校准方法进行了探索，这对保障鸣笛抓拍系统的准确可靠具有重要意义。但是这些研究也只针对鸣笛抓拍系统的静态特性，而实际应用中需要抓拍的噪声源都是运动的，在静止状态下的鸣笛抓拍系统计量特性往往无法完整地评价鸣笛抓拍系统对鸣笛声的抓拍性能。目前尚无相关的标准和规范来衡量鸣笛抓拍系统的技术指标，这对计量部门以及使用单位造成了很大的困扰。因此，非常有必要开展鸣笛抓拍系统动态参数计量校准方法的研究和相应计量校准装置的研制。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种鸣笛抓拍系统动态参数的校准方法及校准装置。
一种鸣笛抓拍系统计量校准方法，该方法可对鸣笛抓拍系统的动态定位误差和响应时间进行计量校准。
在鸣笛抓拍系统的抓拍识别区域的中心点附近，布置若干个标准声源，各标准声源呈直线排列，间距为d。
将信号发生器的多路输出经多通道功率放大器分别接至各标准声源。对于测量频点f0，在鸣笛抓拍系统中的传声器阵列的中心点布置参考传声器，设定信号发生器分别输出中心频率为f0的单个猝发音信号，调节输出电压幅值U，使参考传声器接收到对应每一标准声源的最大声压级比背景噪声高20dB以上。
通过程序控制信号发生器同时输出多路中心频率为f0的单个猝发音信号Si，持续时间为τ，各猝发音信号Si时延设置为Δτ，经多通道功率放大器驱动标准声源依次产生噪声，读出此时鸣笛抓拍系统的鸣笛声像图显示位置与标准声源阵元实际位置之间的差值，则f0频率下鸣笛抓拍系统对速度为v＝d/Δτ运动声源的动态定位误差为所得位置差值最大值。
利用时间测量系统分别读取参考传声器接收到鸣笛声的时刻和鸣笛抓拍系统的鸣笛声像图生成时刻，则两时刻之差最大值为鸣笛抓拍系统的响应时间。
改变猝发音信号Si间时延Δτ，得到不同速度下v＝d/Δτ鸣笛拍系统的动态定位误差和响应时间。改变猝发音信号Si的中心频率f0，得到不同频点下鸣笛抓拍系统的动态定位误差和响应时间。
一种鸣笛抓拍系统计量校准装置，包括多通道信号激励系统、标准声源系统、声信号采集分析系统、时间测量系统和上位机系统。
所述多通道信号激励系统包括多通道信号发生器和多通道功率放大器，可产生多路所需幅值、频段的电信号，各通道可相互独立工作，通道间的时间延迟可调。
所述标准声源系统包含若干个标准声源阵元，呈直线排列，间距可调。每个标准声源近似为点声源，可独立工作。可对每一标准声源阵元施加不同的电信号激励，控制标准声源系统产生不同的声信号，以模拟不同速度下声源的运动。
所述声信号采集分析系统包括参考传声器和声分析仪，声分析仪对参考传声器采集的声信号进行实时分析，并传输至上位机系统显示。
所述时间测量系统，可记录参考传声器接收到鸣笛声时刻和鸣笛抓拍系统的图形生成时刻。
所述上位机系统，可控制多通道信号激励系统产生所需的电信号，可对声信号采集分析系统采集的声信号进行分析显示，对时间测量系统记录的时间信息进行处理。
本发明的有益效果在于：
通过上位机系统，可控制多通道信号激励系统驱动标准声源系统，标准声源系统各声源阵元按设定的时序产生噪声，以模拟运动声源的噪声分布，无需实际的运动鸣笛声。
各声源阵元间的距离d可调，辐射噪声间隔Δτ可通过上位机系统设定，各声源阵元依序产生噪声，模拟得到所需速度v＝d/Δτ下的噪声分布。
设计的鸣笛抓拍系统动态参数(动态定位误差和响应时间)的校准，有益于突破目前存在的静标动用局限性，为鸣笛抓拍系统的性能的全方位表征提供技术思路。
采用本装置和方法可对鸣笛抓拍系统进行准确、高效计量，为其计量校准提供了一种可借鉴的方式。
附图说明
图1是鸣笛抓拍系统计量校准装置的结构框图；
图2是标准声源系统示意图；
图3是标准声源系统激励信号示意图。
具体实施方式
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。
图1为鸣笛抓拍系统校准框图。计量校准装置包含多通道信号激励系统1、标准声源系统2、信号采集分析系统3、时间测量系统4和上位机系统5。其中，多通道信号激励系统1由信号发生器11和多通道功率放大器12构成；标准声源系统2由标准声源阵元21和直线滑轨22构成；信号采集分析系统3由参考传声器31和声分析仪32构成。
如图2所示，本实施例中的标准声源系统2包括直线分布的N个标准声源阵元21，各标准声源阵元21间声电隔离。各声源阵元21安装于滑动导轨22上，阵元21间距设置为d。
根据图1，给出鸣笛抓拍系统的计量校准流程。在被测鸣笛抓拍系统6识别区域的中间位置，放置标准声源系统2，标准声源直线阵列方向平行于车道行驶方向。
在被测鸣笛抓拍系统6中的传声器阵列的中心点布置参考传声器31，设定信号发生器11分别输出中心频率为f0的单个猝发音信号，调节输出电压幅值U，经过功率放大器12驱动标准声源阵元21产生噪声，使参考传声器31接收到的最大声压级为80dB(比背景噪声高20dB以上)。同样，分别驱动标准声源系统2中的其他阵元21产生噪声，使参考传声器31接收到的最大声压级也为80dB。
通过上位机系统1控制信号发生器11同时输出多路中心频率为f0的单个猝发音信号Si，持续时间τ，各猝发音信号Si时间延迟设置为Δτ。如图3所示，猝发音信号Si经多通道功率放大器12放大，激励标准声源系统2中N个声阵元21依次产生噪声，以模拟速度为v的运动声源噪声分布，并按照如下公式计算运动速度
v＝d/Δτ
其中d表示相邻两声阵元的间距，Δτ表示各猝发音信号Si时间延迟。
每个标准声源阵元21产生噪声时，被测鸣笛抓拍系统获得鸣笛声像图，读出系统显示的位置(xi，yi)，对应标准声源阵元21的实际位置为(x0i，y0i)，则鸣笛抓拍系统对速度为v运动声源的动态定位误差Δr
Figure BDA0002793213850000041
利用时间测量系统4得到参考传声器31接收到鸣笛声时刻t0i，对应标准声源阵元21生成鸣笛声像图时刻为ti，则鸣笛抓拍系统的响应时间t
t＝max{ti-t0i},i＝1...N。
本发明还可以改变猝发音信号Si间时延Δτ，得到不同速度下v＝d/Δτ鸣笛拍系统的动态定位误差和响应时间，改变猝发音信号Si的中心频率f0，得到不同频点下鸣笛抓拍系统的动态定位误差和响应时间。

Claims (2)

1.一种鸣笛抓拍系统动态参数计量校准方法，其特征在于该方法可对鸣笛抓拍系统的动态定位误差和响应时间进行计量校准，具体是：
在鸣笛抓拍系统的抓拍识别区域的中心点附近，布置若干个标准声源，各标准声源呈直线排列，间距为d；
将信号发生器的多路输出经多通道功率放大器分别接至各标准声源；对于测量频点f0，在鸣笛抓拍系统中的传声器阵列的中心点布置参考传声器，设定信号发生器分别输出中心频率为f0的单个猝发音信号，调节输出电压幅值U，使参考传声器接收到对应每一标准声源的最大声压级比背景噪声高20dB以上；
通过程序控制信号发生器同时输出多路中心频率为f0的单个猝发音信号Si，持续时间为τ，各猝发音信号Si时延设置为Δτ，经多通道功率放大器驱动标准声源依次产生噪声，读出此时鸣笛抓拍系统的鸣笛声像图显示位置与标准声源阵元实际位置之间的差值，则f0频率下鸣笛抓拍系统对速度为v＝d/Δτ运动声源的动态定位误差为所得位置差值最大值；
利用时间测量系统分别读取参考传声器接收到鸣笛声的时刻和鸣笛抓拍系统的鸣笛声像图生成时刻，则两时刻之差最大值为鸣笛抓拍系统的响应时间；
改变猝发音信号Si间时延Δτ，得到不同速度下v＝d/Δτ鸣笛拍系统的动态定位误差和响应时间；改变猝发音信号Si的中心频率f0，得到不同频点下鸣笛抓拍系统的动态定位误差和响应时间。
2.一种鸣笛抓拍系统计量校准装置，包括多通道信号激励系统、标准声源系统、声信号采集分析系统、时间测量系统和上位机系统；
所述多通道信号发生器和多通道功率放大器，可产生多路所需幅值、频段的电信号，各通道可相互独立工作，通道间的时间延迟可调；
所述标准声源系统包含若干个标准声源阵元，呈直线排列，间距可调；每个标准声源近似为点声源，独立工作；可对每一标准声源阵元施加不同的电信号激励，控制标准声源系统产生不同的声信号，以模拟不同速度下声源的运动；
所述信号采集分析系统包括参考传声器和声分析仪，声分析仪对参考传声器采集的声信号进行实时分析，并传输至上位机系统显示；
所述时间测试系统记录参考传声器接收到鸣笛声时刻和鸣笛抓拍系统的图形生成时刻；
所述上位机系统控制多通道信号激励系统产生所需的电信号，可对声信号采集分析系统采集的声信号进行分析显示，对时间测量系统记录的时间信息进行处理。
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