CN116819443A - 声波检测定位方法、装置及电子设备 - Google Patents
声波检测定位方法、装置及电子设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116819443A CN116819443A CN202310789252.6A CN202310789252A CN116819443A CN 116819443 A CN116819443 A CN 116819443A CN 202310789252 A CN202310789252 A CN 202310789252A CN 116819443 A CN116819443 A CN 116819443A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- position information
- information
- sound
- wave detection
- acoustic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 192
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 claims description 27
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 22
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 20
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 19
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 11
- 230000004807 localization Effects 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 6
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
- G01S5/22—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本申请适用于声定位技术领域，提供了声波检测定位方法、装置及电子设备，上述方法包括：接收声测站发送的声波检测信息，根据所述声波检测信息确定所述声波检测信息对应的声源的初始位置信息，获取所述初始位置信息对应的环境检测信息，利用所述环境检测信息对所述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息。本申请可以解决声波检测定位误差较大的问题。
Description
技术领域
本申请属于声定位技术领域，尤其涉及一种声波检测定位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
声定位是指对检测区域进行声波检测，并根据检测区域中声源向周围辐射的声波信号等信息，对检测区域中的声源位置进行准确定位，可全天时全天候使用，广泛应用于靶场试验、区域声源检测等。
目前，主要通过声学传感器对声源位置进行声波检测并定位。但现有的声波检测定位方法所得到的声源的坐标定位误差较大。
发明内容
本申请实施例提供了一种声波检测定位方法、装置及电子设备，可以解决声波检测定位误差较大的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种声波检测定位方法，应用于定位站，包括：
接收声测站发送的声波检测信息，根据所述声波检测信息确定所述声波检测信息对应的声源的初始位置信息；
获取所述初始位置信息对应的环境检测信息，利用所述环境检测信息对所述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息。
详细地，所述根据所述声波检测信息确定所述声波检测信息对应的声源的初始位置信息，包括：
基于所述声波检测信息及所述声测站的位置信息对所述声源的位置进行时差匹配迭代计算，得到所述声源的初始位置信息。
具体地，所述基于所述声波检测信息及所述声测站的位置信息对所述声源的位置进行时差匹配迭代计算，得到所述声源的初始位置信息，包括：
基于所述声波检测信息及所述声测站的位置信息构造误差权重矩阵，利用所述误差权重矩阵对所述声源的位置进行加权线性回归迭代估计，利用满足预设迭代次数的线性回归结果计算所述声源的初始位置信息。
详细地，所述利用所述环境检测信息对所述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息，包括：
计算所述初始位置信息到所述声测站的距离，基于所述距离及所述环境检测信息，确定所述声测站的声波修正信息；
利用所述声波修正信息对所述声波检测信息进行时间修正，对修正的声波检测信息进行加权线性回归估计，得到所述修正位置信息。
具体地，在所述利用所述环境检测信息对所述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息之后，还包括：
基于球面交汇算法对所述修正位置信息进行误差优化，得到所述声源的优化位置信息。
详细地，所述基于球面交汇算法对所述修正位置信息进行误差优化，得到所述声源的优化位置信息，包括：
基于所述声测站的位置信息建立球面方程组，对所述球面方程组进行线性化处理，得到球面线性方程组；
利用所述修正位置信息对所述球面线性方程组进行误差迭代计算，得到所述声源的优化位置信息。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述利用满足预设迭代次数的线性回归结果计算所述声源的初始位置信息，包括：
利用预设的先验信息对所述满足预设迭代次数的线性回归结果进行先验消除，利用先验消除结果确定所述声源的初始位置信息。
第二方面，本申请还提供了一种声波检测定位方法，应用于声测站，包括：
获取检测区域中的声波信息；
基于所述声波信息计算所述检测区域中声源的声波检测信息；
将所述声波检测信息发送至定位站。
第三方面，本申请实施例提供了一种声波检测定位装置，应用于定位站，包括：
声源定位模块，用于接收声测站发送的声波检测信息，根据所述声波检测信息确定所述声波检测信息对应的声源的初始位置信息；
环境修正模块，用于获取所述初始位置信息对应的环境检测信息，利用所述环境检测信息对所述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息。
第四方面，本申请实施例提供了一种声波检测定位装置，应用于声测站，包括：
声波检测模块，用于获取检测区域中的声波信息，基于所述声波信息计算所述检测区域中声源的声波检测信息，将所述声波检测信息发送至定位站。
第五方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面或第二方面所述的声波检测定位方法的步骤。
第六方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面或第二方面中所述的声波检测定位方法的步骤。
第七方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述第一方面或第二方面中任一项所述的声波检测定位方法。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本申请实施例中，通过声测站发送的声波检测信息进行初步位置估计计算，可以快速得到声源的初始位置信息，再通过声源的环境检测信息对初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息。由于在确定修正位置信息时考虑了环境信息对声源位置信息的影响，因此提高了声波检测定位的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的声波检测定位方法的流程示意图；
图2是本申请一实施例提供的定位站与由声测站组成的声测阵列进行通信的示意图；
图3是本申请另一实施例提供的声波检测定位方法的流程示意图；
图4是本申请一实施例提供的声测阵列部署示意图；
图5是本申请实施例提供的声波检测定位装置的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
声定位主要通过声学传感器对声源位置进行声波检测并对声源位置进行准确定位。例如在靶场试验时，通过获取炸落点爆炸时向周围辐射的爆炸冲击波信息，来对炸落点进行准确定位。在实际使用时，往往需要布设多个固定的声检测传感器，形成阵列进行大范围的检测，由于爆炸声波受炮弹落区地形、环境影响大，声波信号容易粘连混淆，因此，若不考虑环境因素的影响，将使得声源定位误差较大。
为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1示出了本申请实施例一提供的声波检测定位方法的流程示意图，在本实施例中，上述声波检测定位方法应用于定位站，详述如下：
S10、接收声测站发送的声波检测信息，根据上述声波检测信息确定上述声波检测信息对应的声源的初始位置信息。
本申请实施例中，定位站(综合控制定位站)用来对声测站进行监控，接收声波特征数据并进行处理，并计算出精确的位置信息。其中，该位置信息可以采用空间三维坐标---例如靶场试验中，炸落点的位置坐标、维度等表示。
本申请实施例中，声测站(分布式声检测站)是用来对检测区域进行声波检测的可移动便携设备，其包括电源、定位设备和声音采集器等。其中，检测区域是指由多个声测站组成的声测阵列所包围的区域。在声测站进行声波检测时，将产生声波检测信息，该声波检测信息是指声测站对检测区域中声源产生的声波进行实时计算得到的声波特征信息，该声波特征信息包括：声波速度、声波传输时间等。
一些实施例中，例如，在靶场试验场景下，如图2所示，通过设置四个声测站组成声测阵列，声测阵列包围的区域为检测区域，将各个声测站检测到的声波检测信息发送至定位站进行定位计算，得到声源的初始位置信息。
本申请实施例中，根据声波检测信息可以对声源的位置进行快速估计，如基于声波检测信息及声测站的位置信息等对声源的位置进行初步定位，快速得到声源的初始位置信息。本申请以下实施例以声源的位置信息为位置坐标进行示例。
S11、获取上述初始位置信息对应的环境检测信息，利用上述环境检测信息对上述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息。
其中，环境检测信息是指在检测区域检测到的环境数据，包括风速、风向、气压、温度等至少一种。本申请在初始位置信息计算时，并未考虑到环境(如风速、风向等)对声波的影响，因此基于环境检测信息对初始位置信息进行位置修正，可以提高对声源检测的准确性。
本申请实施例中，通过声测站发送的声波检测信息进行初步位置估计计算，可以快速得到声源的初始位置信息，再通过声源的环境检测信息对初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息。由于在确定修正位置信息时考虑了环境信息对声源位置信息的影响，因此提高了声波检测定位的准确度。
本申请实施例中，上述根据上述声波检测信息确定上述声波检测信息对应的声源的初始位置信息，包括：
基于上述声波检测信息及该声测站的位置信息对上述声源的位置进行时差匹配迭代计算，得到声源的初始位置信息。
一些实施例中，时差匹配迭代是指基于TDOA(Time delay of arrival，到达时间差)技术等对声源的位置进行多次匹配迭代，初步计算声源的位置信息，从而快速得到声源的初始位置信息。例如定位站接收声测阵列(由多个声测站组成)发送的声波检测信息，通过预设的时差匹配算法(如TDOA技术中的Chan_WLS算法等)多次迭代计算，得到声源的初始位置信息。
本申请一可选实施例中，声波检测信息包括声波速度、声测站接收到声波信号的时间、声波传输时间等。其中，声波速度可以表示为v，各声测站接收到声波信号的时间可以表示为tri(i＝1,…,)，声源的位置到各个声测站的声波传输时间为ti。声测站的位置信息包括声测站部署的位置坐标，n个声测站部署的位置坐标可以表示为(xi,yi,zi),＝1,…,。通过对接收到的声波检测信息进行预设次数的迭代计算(如两次Chan_WLS算法计算)，可以快速测出声源的初始位置信息。
一些实施例中，上述基于上述声波检测信息及该声测站的位置信息对上述声源的位置进行时差匹配迭代计算，得到声源的初始位置信息，包括：
基于上述声波检测信息及上述声测站的位置信息构造误差权重矩阵，利用上述误差权重矩阵对上述声源的位置进行加权线性回归迭代估计，利用满足预设迭代次数的线性回归结果计算该声源的初始位置信息。
本申请实施例中，声波检测信息中会包括各声测站接收到声波信号的时间、声波传输时间等时间序列，由于不同声测站的位置信息的不同，使得各声测站接收到的时间序列也不相同，因此基于声波检测信息及声测站的位置信息构造误差权重矩阵，通过误差权重矩阵可以对不同的声波检测信息进行线性权重加权调整，从而提高对声源的位置进行初步估计的准确性。
本申请一可选实施例中，需要根据声波检测信息及声测站的位置信息计算声源和声测站的距离差，通过距离差构造误差权重矩阵，可以通过加权的方法区分各距离差的优劣，大幅度的提高位置信息估计的精度。以两次Chan_WLS算法进行时差匹配迭代为例，假设位置信息采用位置坐标表示：声源的位置坐标为(x，y，z)，则其距离第i号声测站的距离为：
声波检测信息中声测站计算的声源到各个声测站的声波传输时间为：
本申请另一可选实施例中，由于各声测站间的距离不同，在声测站间距离部署较远的情况下，不同声测站所处的温度可能不同，因此各声测站根据温度计算的声波速度可以为：
其中，ti为各声测站的环境温度，单位℃。
本申请一可选实施例中，根据各声测站所处的环境温度的不同，可以更精确的计算声波速度，从而提高声源的位置的定位精度。
在本申请实施例中，以第1个声测站为例说明时差匹配迭代计算过程，根据TDOA原理可得声源至第i号声测站与该声源至第1个声测站的距离差为：
ri，1＝ri-r1＝vi(ti-t1) (3)
根据公式(1)换算可得如下关系：
ri 2＝(xi-x)2+(yi-y)2+(zi-z)2＝Ki-2xix-2yiy-2ziz+x2+y2+z2 (4)
其中，Ki＝x2+y2+z2；
根据公式(3)有如下关系：
将公式(4)代入公式(5)经过变换可得：
其中，xi，1＝xi-x1、yi，1＝yi-y1、zi，1＝zi-z1；
令u＝[x，y，z，r1]T，将(6)以矩阵形式可以表示为：
则基于距离差可以构建如下线性方程组：
Gu＝H
其中，
本申请一可选实施例中，可以基于WLS(Weighted Least Squares，加权最小二乘)算法对上述线性方程组进行回归分析。该WLS算法会对线性方程组中不同的测量值添加不同的权重，可以通过加权的方法区分各测量信息的优劣，大幅度的提高位置信息估计的精度。
一些实施例中，在进行一次WLS算法估计时，考虑到TDOA方法定位时存在噪声，即Gu≠H，需要进行迭代计算。设误差向量为ψ，则修正后的线性方程组为：
H＝Gu+ψ(8)
由于不同的测量值存在不同的测量误差ψ，对每一个测量值设定一个误差权重wi，误差权重取值为测量值对应测量误差ψ的标准差σi的倒数，即误差权重矩阵W可表示为：
通过误差权重矩阵得加权最小二乘的解为：
其中，C＝WTW；
进一步地，为了修正误差，设∑为误差ψ的协方差矩阵，则有∑＝C-1，即
又因为：
∑＝Cov(ψ，ψ)＝E(ψψT)＝C2BQB (9)
其中，Q＝In-1，为n-1阶单位矩阵，为声源到各声测站的真实距离，为未知量，则可近似得到：
将公式(10)得到的估计值代入公式(4)重新估计B，可以重新得到线性回归结果
需要解释的是，为了方便不同公式的计算，C、∑均为误差权重矩阵W的简单变形，因此在本申请实施中C、∑及W均可被称为误差权重矩阵。
本申请一可选实施例中，在得到线性回归结果后，为了得到更精确的定位结果，可以基于线性回归结果进行第二次WLS算法估计，利用关系式当TDOA的测量噪声足够小的时候，线性回归结果/>是一个随机向量，它的元素可以表示如下：
其中，u1表示线性回归结果向量中第一个元素，由测量值x0和测量噪声e1组成，其余元素类似，在此不在赘述。需要说明的是，实际计算中由于测量噪声较小，计算时可以省略。
将线性回归结果的前三个元素分别减去x1、y1、z1，建立新的线性方程组H′＝G′u′+ψ′，其中：
以u′为未知量，采用加权最小二乘求解，可得最后的线性回归结果：
其中，更新后的误差权重矩阵∑′＝4B′(GTQ-1G)-1B′，B′＝diag(x0-x1，y0-y1，z0-z1，r1 0)，根据第一次WLS估计类似的式子可以计算出回归结果。
一些实施例中，上述利用满足预设迭代次数的线性回归结果计算该声源的初始位置信息，包括：
利用预设的先验信息对上述满足预设迭代次数的线性回归结果进行先验消除，利用先验消除结果确定该声源的初始位置信息。
本申请实施例中，满足预设迭代次数的线性回归结果中可能包括多个位置信息，这些位置信息满足迭代计算，但并不满足实际位置估计的要求，例如靶场试验中，在得到满足预设迭代次数的线性回归结果后，可得声源的位置的定位坐标为up，其中：
上式(13)中得到了两个解，可根据有关的先验信息进行消除，如要求定位坐标中z是大于0的，将定位坐标中z不大于0的解消除，基于定位坐标中z大于0的解确定声源的初始位置信息，可以提高位置定位的准确性。
在一些实施例中，上述利用上述环境检测信息对上述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息，包括：
计算上述初始位置信息到该声测站的距离，基于上述距离及上述环境检测信息，确定该声测站的声波修正信息；
利用上述声波修正信息对上述声波检测信息进行时间修正，对修正的声波检测信息进行加权线性回归估计，得到上述修正位置信息。
需要说明的是，对声源的初始位置信息的计算并未考虑环境的影响，例如，在上述初始位置信息的计算中，认为风速和风向在各个方向上是一致的，因此需要根据环境检测信息(风速、风向等)对各声测站的声波检测信息中的声波传输时间进行修正，得到一组新的时间序列，利用新的时间序列，重新进行Chan_WLS算法求解，从而消除环境因素对定位的影响，得到声源的修正位置信息，提高坐标定位精度。
本申请一可选实施例中，假设当前声波速度为vt，环境检测信息中的风速为vf，风向为PW，重新计算初始位置信息(up(1)、up(2)、up(3))到第i个声测站的距离：
利用上述距离计算风向与上述初始位置信息与各声测站连线的夹角θi的余弦值：
利用风速计算声波传输时间对应的新的时间序列，即：
t_newi＝di/(vt+vf*cos(θi))
而当不考虑风速风向时，各声测站监测到的时间序列为：
t_nvfi＝di/vt
基于环境检测信息可得时间差为：
delt_ti＝t_newi-t_nvfi
上述时间差即为各声测站对应的声波修正信息，利用声测站实际接收的时间序列(即各声测站实际接收的声波检测信息中的声波传输时间)ti-delt_ti得到修正后的时间序列t_updatei，用t_updatei重新进行Chan_WLS估计，计算得到修正的u′p作为修正位置信息。
本申请另一可选实施例中，在上述利用上述环境检测信息对上述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息之后，还包括：
基于球面交汇算法对上述修正位置信息进行误差优化，得到上述声源的优化位置信息。
本申请实施例中，球面交汇算法是指通过建立球面方程组，基于修正位置信息和球面方程的交点进行迭代计算，得到更准确的位置信息。在实际检测场景中(如靶场试验场景下)，声源的位置信息检测是空间坐标的定位，空间坐标的误差会降低定位精度，由于受到地形的影响，声测站和定位站往往不能准确布置在同一平面，会加大空间坐标的误差，通过球面交汇算法可以对修正位置信息进行空间位置修正，能够提高声源的位置的坐标定位的精确度。
一些实施例中，上述基于球面交汇算法对上述修正位置信息进行误差优化，得到上述声源的优化位置信息，包括：
基于该声测站的位置信息建立球面方程组，对上述球面方程组进行线性化处理，得到球面线性方程组；
利用上述修正位置信息对上述球面线性方程组进行误差迭代计算，得到上述声源的优化位置信息。
本申请一可选实施例中，为了进一步提高定位精度，在Chan_WLS算法的基础上再利用球面方程交点求解位置点坐标，建立球面方程组
其中，tx为声源的声波信号的发射时间，是未知量，将上述球面方程组进行移项，可得：
设β＝[x，y，z，tx]T为要求解的量，将上述方程组进行线性化处理，在β＝βk-1处进行taylor展开，可得球面线性方程组：
以β0＝[u′p；0](u′p为修正位置信息)作为初始解进行迭代，最终可得新的估计值即可快速求解更准确的声源位置的优化位置信息为/>
本申请实施例中，通过建立球面方程组并进行线性化处理，利用修正位置信息作为初始解进行迭代，可以快速求解声源的优化位置信息，同时，在Chan_WLS算法的基础上，再利用与球面方程组的交点求解声源的位置信息的方式，可以进一步修正空间误差，提升定位精确度。
图3示出了本申请实施例二提供的声波检测定位方法的实现流程图，在本实施例中，所述声波检测定位方法应用于声测站，详述如下：
S20、获取检测区域中的声波信息。
本申请实施例中，声波信息是指检测区域中声源发出的声波信号，如靶场试验中炸落点的爆炸声波及高速坠落声波等。
本申请一可选实施例中，声测站包括电源、定位设备和声音采集器等，是一种便携式声检测设备，根据指定检测区域的不同，可以组成不同形状的声测阵列以适应检测需求。参照图4所示，为4个声测站组成的声测阵列示意图，在指定区域周围预先设置4个声测站，互为正交，以指定区域中心为原点(x＝0、y＝0，z＝0)、以原点与正北向为坐标系y轴、与y轴正交为x轴建立检测区域坐标系，SC1、SC2、SC3、SC4分别表示4个声测站，声测阵列包围区域即为检测区域。
S21、基于该声波信息计算上述检测区域中声源的声波检测信息。
本申请实施例中，声波检测信息包括：声波速度、声波传输时间、声测站接收到声波信号的时间等。
一些实施例中，声波信号的传播速度受传播媒质影响较大，在空旷地面上空气中传播时，vi(i＝1，...，n)为各个声测站计算的声源的传播速度，则声波速度vi计算公式如下：
其中ti为各声测站的环境温度，单位℃；
假设声源的位置坐标为(x，y，z)，则其距离第i号声测站的距离为：
声测站计算的声源的位置到各个声测站的声波传输时间为：
S22、将上述声波检测信息发送至定位站。
本申请一可选实施例中，通过声测站接收声波信息，可以实时准确计算声波检测信息，快速捕捉声波特征的时间信息并发送至定位站，提高声波定位的速度。同时，由于声测站是一种便携式设备，可以根据检测区域的不同及时调整声测阵列，以适应不同的检测环境，提高声检测站部署的机动性及可重复性。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
对应于上文实施例所述的声波检测定位方法，图5示出了本申请实施例提供的声波检测定位装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。
参照图5，该装置可以包括第一声波检测定位装置51及第二声波检测定位装置52。其中，所述第一声波检测定位装置51可以安装于定位站中，所述第二声波检测定位装置52可以安装于声测站中。
根据实现的功能，所述第一声波检测定位装置51可以包括声源定位模块511及环境修正模块512；以及所述第二声波检测定位装置52可以包括声波检测模块521。
参照图5，所述第一声波检测定位装置51包括：
所述声源定位模块511，用于接收声测站发送的声波检测信息，根据所述声波检测信息确定所述声波检测信息对应的声源的初始位置信息；
所述环境修正模块512，用于获取所述初始位置信息对应的环境检测信息，利用所述环境检测信息对所述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息。
一些实施例中，所述声源定位模块511通过下述步骤根据所述声波检测信息确定所述声波检测信息对应的声源的初始位置信息，包括：
基于所述声波检测信息及所述声测站的位置信息对所述声源的位置进行时差匹配迭代计算，得到声源的初始位置信息。
一些实施例中，所述声源定位模块511通过下述步骤基于所述声波检测信息及所述声测站的位置信息对所述声源的位置进行时差匹配迭代计算，得到声源的初始位置信息，包括：
基于所述声波检测信息及所述声测站的位置信息构造误差权重矩阵，利用所述误差权重矩阵对所述声源的位置进行加权线性回归迭代估计，利用满足预设迭代次数的线性回归结果计算所述声源的初始位置信息。
一些实施例中，所述声源定位模块511通过下述步骤利用满足预设迭代次数的线性回归结果计算所述声源的初始位置信息，包括：
利用预设的先验信息对所述满足预设迭代次数的线性回归结果进行先验消除，利用先验消除结果确定所述声源的初始位置信息。
一些实施例中，所述环境修正模块512通过下述步骤利用所述环境检测信息对所述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息，包括：
计算所述初始位置信息到该声测站的距离，基于所述距离及所述环境检测信息，确定所述声测站的声波修正信息；
利用所述声波修正信息对所述声波检测信息进行时间修正，对修正的声波检测信息进行加权线性回归估计，得到所述修正位置信息。
另一可选实施例中，第一声波检测定位装置51还包括球面优化模块，所述球面优化模块用于在所述利用所述环境检测信息对所述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息之后，包括：
基于球面交汇算法对所述修正位置信息进行误差优化，得到所述声源的优化位置信息。
一些实施例中，所述球面优化模块通过下述步骤基于球面交汇算法对所述修正位置信息进行误差优化，得到所述声源的优化位置信息，包括：
基于该声测站的位置信息建立球面方程组，对所述球面方程组进行线性化处理，得到球面线性方程组；
利用所述修正位置信息对所述球面线性方程组进行误差迭代计算，得到所述声源的优化位置信息。
其中，所述第二声波检测定位装置52包括：
所述声波检测模块521，用于获取检测区域中的声波信息，基于所述声波信息计算所述检测区域中声源的声波检测信息，将所述声波检测信息发送至定位站。
需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
图6为本申请一实施例提供的电子设备的结构示意图。如图6所示，该实施例的电子设备6包括：至少一个处理器60(图6中仅示出一个)、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述至少一个处理器60上运行的计算机程序62。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述任意各个方法实施例中的步骤。
所述电子设备6可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述电子设备可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是电子设备6的示例，并不构成对电子设备6的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电子设备还可以包括输入发送设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器60可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器61在一些实施例中可以是所述电子设备6的内部存储单元，例如电子设备6的硬盘或内存。所述存储器61也可以是所述电子设备6的外部存储设备，例如所述电子设备6上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器61还可以既包括所述电子设备6的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器61用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(BootLoader)、数据以及其他程序等，例如所述计算机程序的程序代码等。所述存储器61还可以用于暂时地存储已经发送或者将要发送的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请实施例还提供了一种网络设备，该网络设备包括：至少一个处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述至少一个处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意各个方法实施例中的步骤。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。
本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/电子设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种声波检测定位方法，其特征在于，所述方法应用于定位站，包括：
接收声测站发送的声波检测信息，根据所述声波检测信息确定所述声波检测信息对应的声源的初始位置信息；
获取所述初始位置信息对应的环境检测信息，利用所述环境检测信息对所述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息。
2.如权利要求1所述的声波检测定位方法，其特征在于，所述根据所述声波检测信息确定所述声波检测信息对应的声源的初始位置信息，包括：
基于所述声波检测信息及所述声测站的位置信息对所述声源的位置进行时差匹配迭代计算，得到所述声源的初始位置信息。
3.如权利要求2所述的声波检测定位方法，其特征在于，所述基于所述声波检测信息及所述声测站的位置信息对所述声源的位置进行时差匹配迭代计算，得到所述声源的初始位置信息，包括：
基于所述声波检测信息及所述声测站的位置信息构造误差权重矩阵，利用所述误差权重矩阵对所述声源的位置进行加权线性回归迭代估计，利用满足预设迭代次数的线性回归结果计算所述声源的初始位置信息。
4.如权利要求1所述的声波检测定位方法，其特征在于，所述利用所述环境检测信息对所述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息，包括：
计算所述初始位置信息到所述声测站的距离，基于所述距离及所述环境检测信息，确定所述声测站的声波修正信息；
利用所述声波修正信息对所述声波检测信息进行时间修正，对修正的声波检测信息进行加权线性回归估计，得到所述修正位置信息。
5.如权利要求1所述的声波检测定位方法，其特征在于，在所述利用所述环境检测信息对所述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息之后，还包括：
基于球面交汇算法对所述修正位置信息进行误差优化，得到所述声源的优化位置信息。
6.如权利要求5所述的声波检测定位方法，其特征在于，所述基于球面交汇算法对所述修正位置信息进行误差优化，得到所述声源的优化位置信息，包括：
基于所述声测站的位置信息建立球面方程组，对所述球面方程组进行线性化处理，得到球面线性方程组；
利用所述修正位置信息对所述球面线性方程组进行误差迭代计算，得到所述声源的优化位置信息。
7.一种声波检测定位方法，其特征在于，所述方法应用于声测站，包括：
获取检测区域中的声波信息；
基于所述声波信息计算所述检测区域中声源的声波检测信息；
将所述声波检测信息发送至定位站。
8.一种声波检测定位装置，其特征在于，应用于定位站，包括：
声源定位模块，用于接收声测站发送的声波检测信息，根据所述声波检测信息确定所述声波检测信息对应的声源的初始位置信息；
环境修正模块，用于获取所述初始位置信息对应的环境检测信息，利用所述环境检测信息对所述初始位置信息进行位置修正，得到修正位置信息。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的方法，或执行如权利要求7所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的方法，或执行如权利要求7所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310789252.6A CN116819443A (zh) | 2023-06-29 | 2023-06-29 | 声波检测定位方法、装置及电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310789252.6A CN116819443A (zh) | 2023-06-29 | 2023-06-29 | 声波检测定位方法、装置及电子设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116819443A true CN116819443A (zh) | 2023-09-29 |
Family
ID=88114231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310789252.6A Pending CN116819443A (zh) | 2023-06-29 | 2023-06-29 | 声波检测定位方法、装置及电子设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116819443A (zh) |
-
2023
- 2023-06-29 CN CN202310789252.6A patent/CN116819443A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108761399B (zh) | 一种无源雷达目标定位方法与装置 | |
| CN107229033B (zh) | 基于高度维分段搜索的多目标到达时间差定位方法 | |
| CN104076348A (zh) | 一种雷达超视距基线无源协同定位方法 | |
| CN112689775B (zh) | 雷达点云聚类方法和装置 | |
| US20160182164A1 (en) | Signal Strength Distribution Establishing Method and Wireless Positioning System | |
| CN111505570A (zh) | 基于线性搜索的超宽带二维定位方法 | |
| CN110031793A (zh) | 一种干涉仪测向方法、装置和系统 | |
| CN110471029B (zh) | 一种基于扩展卡尔曼滤波的单站无源定位方法及装置 | |
| KR101988109B1 (ko) | 다중입출력시스템에서 거리 추정값을 이용한 신호원 위치 추정 방법 | |
| Sun et al. | Array geometry calibration for underwater compact arrays | |
| Tovkach et al. | Recurrent algorithm for TDOA localization in sensor networks | |
| CN109212466A (zh) | 一种基于量子蜻蜓演化机制的宽带测向方法 | |
| CN110907925B (zh) | 一种高频地波雷达双站模型下的权重定位方法 | |
| CN116819443A (zh) | 声波检测定位方法、装置及电子设备 | |
| JP6819797B2 (ja) | 位置推定装置、位置推定方法とプログラム、並びに、位置推定システム | |
| CN110673088B (zh) | 混合视距和非视距环境中基于到达时间的目标定位方法 | |
| CN108761442B (zh) | 一种无源雷达目标定位方法及装置 | |
| JP2985608B2 (ja) | 多目標追尾装置 | |
| CN107238813B (zh) | 近场信号源波达方向和波达时间确定方法及装置 | |
| CN110412501A (zh) | 基于改进极坐标表示方法模型下的雷达信号测向方法、装置及计算机存储介质 | |
| Gong et al. | Analysis of positioning performance of the algorithm of time sum of arrival with rmse | |
| CN112763974B (zh) | 定位系统中传感器的部署方法、装置及介质 | |
| Liang et al. | Application of Taylor-Chan algorithm based on TDOA in sound source location | |
| CN117724035B (zh) | 基于两级校正的干涉仪测向定位方法 | |
| JP2708109B2 (ja) | 水中物体の深度探知方法ならびに深度探知装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |