CN201166703Y - 公路声源定位控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可用于检测和定位公路上撞车、急刹车等突发事件的声源定位系统，包括传声器阵列，其特征在于：所述传声器阵列为五元五面体阵，由平面四元十字阵和位于十字阵中心上方的一个阵元组成，该阵列克服了平面四元十字阵在实用中的一大缺陷，更利于系统对目标的捕获和定位，系统还包括声源微处理器，云台和摄像机，通过传声器阵列拾取声音信号，声源微处理器将其作进一步处理，经过处理后的信号转换成命令传送给云台，云台带动摄像机转向声源位置，从而快速定位声源，第一时间得到突发事件现场的图像，全程自动操作，定位方便快捷，具有很强的实用性，此外，为了避免设备遭雷击而被破坏，系统设置了避雷针，安全性能得以提高。

Description

公路声源定位控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种定位控制系统，特别是一种公路声源定位控制系统。

背景技术

现有的声源定位技术基本上可以分为三类，首先是基于最大输出功率的可控波束形成技术，它的基本思想就是将各阵元采集来的信号进行加权求和形成波束，通过搜索声源的可能位置来引导该波束，修改权值使得传声器阵列的输出信号功率最大。在传统的简单波束形成器中，权值取决于各阵元上信号的相位延迟，同时相位延迟和声达时间延迟DOA有关，因此叫作延时求和波束形成器。后来出现的一些更复杂的波束形成系统中，在进行时间校正的同时，还对信号进行了滤波，根据不同的滤波器形成了不同的算法。其次就是高分辨率谱估计技术，这类的声源定位技术基于高分辨率的谱估计算法，其中包括了自回归AR模型、最小方差谱估计(MV)和特征值分解方法(如Music算法)等，所有这些方法都通过获取了传声器阵列的信号来计算空间谱的相关矩阵。这时如果所需的矩阵未知，则必须通过已得到的数据进行估计，这就要求空间中的声源或噪声必须平稳时不变的，但这对于语音信号来说，这种实际的声学环境很难实现；同时，基于高分辨率的谱估计声源定位还有很多的假设条件，这对一个实时实现的系统来说也不可能；而且在计算中，这种谱估计方法的运算量很大，还很容易导致定位不准确，因而在现代的声源定位系统中很少采用。最后就是基于声达时间差TDOA的定位技术，这类声源定位方法一般分为2个步骤进行：先进行声达时间差估计，并从中获取传声器阵列中阵元间的声延迟TDOA，再利用获取的声达时间差，结合已知的传声器阵列的空间位置进一步定出声源的位置。这种方法的计算量一般比前一种要小，更利于实时处理，所以它在语音信号的声源定位中占有很大的比重。

传声器阵列是指由一定的几何结构排列而成的若干个传声器组成的阵列，它具有很强的空间选择性，而且不需移动传声器就可获取移动的声源信号，同时它还可以在一定的范围内实现声源的自适应检测、定位及跟踪，这使得它在诸多领域有着广泛的应用。传声器阵列声源定位是指用传声器阵列拾取声音信号，通过对多路声音信号进行分析与处理，在空间域中定出一个或者多个声源的平面或空间坐标，即得到声源的位置。同时由于它涉及到阵列信号处理、数字信号处理、模式识别和数据融合等多方面的理论知识，因而成为语音信号处理中难度大，且具有挑战性的研究课题。

驻极体传声器是利用驻极体材料制作的电容传声器，音质接近电容式，无需极化电压，前置放大器使用低噪声场效应管，由电池供电。这种传声器结构简单，电声性能好，体积小，耐振动，价格较低，有较广泛的应用。

地面上的车辆对于本专利中的声源定位控制系统来说可以看成点目标，其有三个自由度。所以，对目标进行定位，至少需要四个阵元组成的传声器阵列，由于十字阵具有分维特性，且阵列冗余度小，因此，十字阵是较为合适的阵列。

平面四元十字阵，方位角误差和俯仰角误差不仅与时延估计误差有关，而且与方位角和俯仰角的大小也密切相关。这说明平面四元十字阵的空间定向精度分布是不均匀的，即定向精度与声源距基阵的距离和航向均有关，这一点严重影响平面四元十字阵的实用性。在一定的方位角时，平面四元十字阵的方位角定向误差随着俯仰角的增大而减小；俯仰角定向误差随着俯仰角的增大而增大。因此利用平面四元十字阵定向声源时会产生俯仰角估计不理想的问题。原因是：实验中目标总是处在大俯仰角的远场情况，而此时的俯仰角估计误差较大，很难得到一个稳定值。作为声学监视系统，探测的目标往往首先出现在大俯仰角的远场，这就导致了平面四元十字阵在实用中的一大缺陷。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种可保证空间定位精度且定位快速简便的公路声源定位控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种公路声源定位控制系统，包括传声器阵列，其特征在于：所述传声器阵列为五元五面体阵，五元五面体阵的定向误差，不论是方位角还是俯仰角，都是随着俯仰角的增大而减小，定向精度在大俯仰角的远场情况要高于过顶时的小俯仰角情况，而被探测的目标往往首先出现在大俯仰角的远场，有利于系统对目标的捕获和定位。

作为本实用新型的改进，所述五元五面体阵是由平面四元十字阵和位于十字阵中心上方的一个阵元组成。

作为本实用新型的改进，所述公路声源定位控制系统还包括声源微处理器，云台和摄像机，通过传声器阵列拾取声音信号，声源微处理器将其作进一步处理，经过处理后的信号转换成命令传送给云台，云台带动摄像机转向声源位置，从而快速定位声源，第一时间得到突发事件现场的图像。

作为本实用新型的改进，所述声源微处理器由分析模块，定位模块和传送模块组成，声源微处理器接收到由传声器阵列传来的信号，分析模块将背景和异常声音分类，定位模块通过计算定位声源，传送模块将信号转换为命令并发送给云台。

作为本实用新型的改进，所述云台的接地位置上设有避雷针，以避免设备遭雷击而被破坏。

本实用新型采用的传声器阵列为五元五面体阵，此阵列的定向误差，不论是方位角还是俯仰角，都是随着俯仰角的增大而减小，定向精度在大俯仰角的远场情况要高于过顶时的小俯仰角情况，而被探测的目标往往首先出现在大俯仰角的远场，克服了平面四元十字阵在实用中的一大缺陷，更有利于系统对目标的捕获和定位。该公路声源定位控制系统还包括声源微处理器，云台和摄像机，通过传声器阵列拾取声音信号，声源微处理器将其作进一步处理，经过处理后的信号转换成命令传送给云台，云台带动摄像机转向声源位置，从而快速定位声源，第一时间得到突发事件现场的图像，全程自动操作，定位方便快捷，具有很强的实用性。此外，系统设置了避雷针，以避免设备遭雷击而被破坏，安全性能得以提高。

附图说明

图1为本实用新型公路声源定位控制系统的示意图；

图2为五元五面体传声器阵列的示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，为本实用新型优选实施例的结构示意图，一种公路声源定位控制系统，包括传声器阵列，其特征在于：所述传声器阵列为五元五面体阵1，五元五面体阵1的定向误差，不论是方位角还是俯仰角，都是随着俯仰角的增大而减小，定向精度在大俯仰角的远场情况要高于过顶时的小俯仰角情况，而被探测的目标往往首先出现在大俯仰角的远场，克服了平面四元十字阵在实用中的一大缺陷，更有利于系统对目标的捕获和定位。

该五元五面体阵1是由平面四元十字阵和位于十字阵中心上方的一个阵元组成。

该公路声源定位控制系统还包括声源微处理器，云台2和摄像机3，声源微处理器由分析模块，定位模块和传送模块组成，系统通过传声器阵列拾取声音信号，然后传送给声源微处理器，声源微处理器的分析模块计算背景噪声FFT特征，当声源定位系统进入值守状态时，提取基准传声器信号快速傅里叶变特征，调用分类算法，将背景和异常声音分类，判断该FFT特征为异常交通情况的特征时，定位模块调用时延估计算法和定位算法定位声源，信号由传送模块转换成命令传送给云台2，云台2带动摄像机3转向声源位置，第一时间得到突发事件现场的图像，从而实现高精度且快速简便的声源定位。

为了避免设备遭雷击而被破坏，云台2的接地位置上设有避雷针4。

Claims (4)

1.一种公路声源定位控制系统，包括传声器阵列，其特征在于：所述传声器阵列为五元五面体阵(1)，所述公路声源定位控制系统还包括声源微处理器，云台(2)和摄像机(3)。

2.根据权利要求1所述的公路声源定位控制系统，其特征在于：所述五元五面体阵(1)是由平面四元十字阵和位于十字阵中心上方的一个阵元组成。

3.根据权利要求1所述的公路声源定位控制系统，其特征在于：所述声源微处理器由分析模块、定位模块和传送模块组成。

4.根据权利要求3所述的公路声源定位控制系统，其特征在于：所述云台(2)的接地位置上设有避雷针(4)。

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