JPH04238284A - 音源位置推定装置 - Google Patents
音源位置推定装置Info
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- JPH04238284A JPH04238284A JP562991A JP562991A JPH04238284A JP H04238284 A JPH04238284 A JP H04238284A JP 562991 A JP562991 A JP 562991A JP 562991 A JP562991 A JP 562991A JP H04238284 A JPH04238284 A JP H04238284A
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空中や水中等において
、任意に配置した複数のセンサで受信した音響信号の到
着時刻より、その音の発生源の位置を推定する音源位置
推定装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば矢野・石原著「科学技術者のための基礎数学」第
１３版（昭４９−１１−１）ｐ．１６０−１６１に記載
されるものがあった。 【０００３】従来の音源位置推定装置では、前記文献等
に記載されているように、双曲線の幾何学的性質を利用
して音源の位置を推定している。 【０００４】即ち、双曲線は、前記文献に記載されるよ
うに、２つの定点からの距離の差が一定な点全体をつく
る図形である。２つの定点をＦ１ （−ｃ，０），Ｆ２
（ｃ，０）とし、Ｆ１ ，Ｆ２ からの距離の差が２
ａ（ｃ＞ａ＞０）であるような任意の点をＰ（ｘ，ｙ）
とすると、次の数１の関係がある。 【０００５】 【数１】 【０００６】２つのセンサで受信した受信信号の到着時
刻差をｔとすると、音源は、２つのセンサからの距離の
差がｔｖ（ｖ；音速）となる双曲線上に存在する。 【０００７】さらに、他のセンサで信号を受信すること
により、前記と同様に、別の双曲線が得られる。この２
つの双曲線の交点として、音源の位置を求めることがで
きる。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
音源位置推定装置では、幾何学的な手法を用いて音源の
位置を算出しているため、気温や温度等によって音速ｖ
が変化すると、音速誤差が生じ、さらにセンサ取付け位
置の誤差等の影響を受けやすく、音源位置推定精度が低
下するという問題があり、それを解決することが困難で
あった。 【０００９】本発明は前記従来技術が持っていた課題と
して、音速誤差やセンサ取付け位置誤差等の影響を受け
やすく、音源位置推定精度が低いという点について解決
した音源位置推定装置を提供するものである。 【００１０】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、第１の発明は、任意に配置した複数のセンサで受信
した音響信号の測定到着時刻より、該音響信号の発生源
の位置を推定する音源位置推定装置において、前記各セ
ンサで受信した音響信号の測定到着時刻を検出する信号
検出手段と、仮定した複数の音源の仮定音源位置を格納
する音源位置辞書と、音響伝搬モデルと、マッチング手
段とを、備えている。 【００１１】ここで、音響伝搬モデルは、前記音源位置
辞書に格納された複数の仮定音源位置のそれぞれに対し
、その仮定音源位置で音が発生した時に、前記各センサ
に音が到着する時刻である仮定した仮定到着時刻を演算
により求める機能を有している。マッチング手段は、前
記信号検出手段で検出された測定到着時刻と前記音響伝
搬モデルで算出された仮定到着時刻とを比較して受信し
た音響信号の発生源の位置を求めるものである。 【００１２】第２の発明では、前記第１の発明の音響伝
搬モデルを、前記仮定音源位置と、前記各センサとの距
離及び音速に基づく演算によって前記仮定到着時刻を求
める構成にしている。 【００１３】第３の発明では、前記第１の発明のマッチ
ング手段を、前記測定到着時刻と、前記音源位置辞書に
格納されたすべての仮定音源位置に対して前記音響伝搬
モデルにより求まるそれぞれの仮定到着時刻との、非類
似度を演算し、最小の非類似度を与える仮定到着時刻に
対応する前記音源位置辞書内の仮定音源位置を、受信し
た音響信号の発生源の位置として出力する構成にしてい
る。 【００１４】第４の発明では、前記第３の発明の非類似
度をユークリッド距離にしたものである。 【００１５】 【作用】第１の発明によれば、以上のように音源位置推
定装置を構成したので、各センサで受信した音響信号が
信号検出手段へ送られると、該信号検出手段では、各セ
ンサで受信した音響信号の測定到着時刻を検出し、その
検出結果をマッチング手段へ送る。音響伝搬モデルでは
、音源位置辞書の内容を参照し、演算によって仮定到着
時刻を求め、その演算結果をマッチング手段へ送る。 マッチング手段では、測定到着時刻と仮定到着時刻とを
比較して受信した音響信号の発生源の位置を求める。こ
のように、音響伝搬特性を考慮したマッチング手法を用
いて音源位置の推定を行うことにより、誤差特性の向上
が図れる。 【００１６】第２の発明によれば、音響伝搬モデルは、
仮定音源位置と各センサとの距離及び音速に基づき仮定
到着時刻を算出しているので、演算の簡単化が図れる。 【００１７】第３の発明によれば、マッチング手段が、
測定到着時刻と仮定到着時刻との非類似度を演算し、そ
の非類似度に基づき音響信号の発生源の位置を出力して
いるので、誤差特性の向上が図れる。 【００１８】第４の発明によれば、非類似度としてユー
クリッド距離を用いることにより、マッチング手段にお
ける演算の簡単化が図れる。したがって、前記課題を解
決できるのである。 【００１９】 【実施例】図１は、本発明の実施例を示す音源位置推定
装置の機能ブロック図である。 【００２０】この音源位置推定装置は、地上や水中等に
任意に配置されたｎ個の音源信号受信用のセンサ１−１
〜１−ｎを有し、その各センサ１−１〜１−ｎには、ｎ
個の信号検出手段２−１〜２−ｎを介してマッチング手
段５が接続されている。各信号検出手段２−１〜２−ｎ
は、各センサ１−１〜１−ｎで受信された音響信号の測
定到着時刻Ｔ１〜Ｔｎを検出し、その検出結果をマッチ
ング手段５へ出力する機能を有している。 【００２１】また、この音源位置推定装置には、複数の
仮定した音源の位置（仮定音源位置）を格納するメモリ
等で構成された音源位置辞書３が設けられている。この
音源位置辞書３には、音響伝搬モデル４を介してマッチ
ング手段５が接続されている。音響伝搬モデル４は、音
源位置辞書３に格納された仮定音源位置に基づき、各セ
ンサ１−１〜１−ｎに音が到着する時刻である仮定した
到着時刻（仮定到着時刻）Ｔｍｎ（ｍ＝１〜Ｍ，ｎ＝１
〜Ｎ）を演算により求め、その演算結果をマッチング手
段５へ与える機能を有している。マッチング手段５は、
信号検出手段２−１〜２−ｎから出力される測定到着時
刻Ｔ１〜Ｔｎと、音響伝搬モデル４から出力される仮定
到着時刻Ｔｍｎとを比較し、受信した音響信号の発生し
た位置を求めて出力する機能を有している。 【００２２】この音源位置推定装置の各回路ブロックは
、集積回路等による個別回路、あるいはプロセッサによ
るプログラム制御等により構成される。 【００２３】図２は測定到着時刻の検出方法を示す図、
及び図３は音源位置辞書３の内容を示す図であり、これ
らの図を参照しつつ音源位置推定装置の動作を説明する
。 【００２４】空中等にある音の発生源から音響信号が放
射されると、該音響信号がセンサ１−１〜１−ｎで受信
され、信号検出手段２−１〜２−ｎへ送られる。信号検
出手段２−１〜２−ｎでは、各センサ１−１〜１−ｎで
受信された音響信号を入力し、例えば図２に示す方法に
より、測定到着時刻Ｔ１〜Ｔｎを検出する。 【００２５】信号検出手段２−１〜２−ｎでは、図２に
示すように、入力音響信号のパワーＰを演算する。この
パワーＰが、あらかじめ定めた閾値ＴＨを越えたら、音
響信号が受信されていると判定し、該音響信号が受信さ
れていると判定されている区間（信号区間）Ｌで、該パ
ワーＰが最大となる時刻を測定到着時刻Ｔ１〜Ｔｎとし
て出力し、マッチング手段５へ与える。 【００２６】一方、音源位置辞書３には、複数の仮定し
た音源の仮定音源位置１０が格納されている。この仮定
音源位置１０は、例えば図３に示すように、音源がある
と考えられる領域（標定領域）Ｆ内で格子状に設定する
。このように設定されたｍ個の仮定音源位置１０の座標
を（ｘγ１ ，ｙγ１ ），（ｘγ２ ，ｙγ２ ），
…，（ｘγｍ，ｙγｍ）とする。音響伝搬モデル４は、
音源位置辞書３に格納された仮定音源位置１０から、仮
定到着時刻Ｔｍｎ（ｍ＝１〜Ｍ，ｎ＝１〜Ｎ）を、例え
ば次の方法により求める。 【００２７】音響伝搬モデル４では、ｎ個のセンサ１−
１〜１−ｎの座標を（ｘｓ１ ，ｙｓ１ ），（ｘｓ２
，ｙｓ２ ），…，（ｘｓｎ，ｙｓｎ）としたとき、
ｍ番目の仮定した音源の仮定音源位置に対応した、ｎ番
目のセンサ１−ｎでの仮定した仮定到着時刻Ｔｍｎを次
の数２によって演算する。 【００２８】 【数２】 【００２９】この仮定到着時刻Ｔｍｎは、マッチング手
段５へ送られる。 【００３０】マッチング手段５では、信号検出手段２−
１〜２−ｎからの測定到着時刻Ｔ１〜Ｔｎと、音響伝搬
モデル４からの仮定到着時刻Ｔｍｎ（ｍ＝１〜Ｍ，ｎ＝
１〜Ｎ）とに基づき、次のようにして受信信号の音源位
置を求めて出力する。 【００３１】マッチング手段５では、まず、測定到着時
刻Ｔｎ及び仮定到着時刻Ｔｍｎから、次の数３及び数４
に基づき、到着時刻Ｔａｎ，Ｔａｍｎ（ｎ＝１〜Ｎ，ｍ
＝１〜Ｍ）を求める。 【００３２】 【数３】 【００３３】 １ Ｎ Ｔａ
ｎ＝Ｔｎ−− Σ Ｔｋ
（ｎ＝１〜Ｎ） Ｎ
ｋ＝１ 【００３４】 【数４】 【００３５】 １ Ｎ
Ｔａｍｎ＝Ｔｍｎ−− Σ Ｔｍｋ
（ｎ＝１〜Ｎ，ｍ＝１〜Ｍ）
Ｎ Ｋ＝１ この到着時刻Ｔａｎ
，Ｔａｍｎは、それぞれ測定到着時刻Ｔｎ及び仮定到着
時刻Ｔｍｎを平均値０に正規化したものに相当する。次
に、到着時刻ＴａｎとＴａｍｎとの非類似度（例えば、
ユークリッド距離）Ｄｍを次の数５より求め、その非類
似度Ｄｍの最小値を与えるｍを求める。 【００３６】 【数５】 【００３７】 Ｎ Ｄｍ＝ Σ （Ｔａｎ−Ｔａｍｎ）２
（ｍ＝１〜Ｍ） ｎ＝１ この最小の非類似度ｍに対応した音源位置辞書３内にお
けるｍ番目の仮定した仮定音源位置（ｘγｍ，ｙγｍ）
を受信信号の音源位置として出力する。 【００３８】次に、本実施例のシミュレーション結果を
図４及び図５を参照しつつ説明する。 【００３９】図４は、このシミュレーションで使用した
音源位置辞書３の内容を示す図、及び図５はシミュレー
ション結果を示す図である。 【００４０】まず、４つのセンサ１−１〜１−４をそれ
ぞれ（−３，０），（−１，０），（１，０），（３，
０）（ここで、単位ｋｍ）の座標に設定する。音源を（
０，２０）（単位ｋｍ）の座標に置き、該音源より音を
発生させる。このとき、４つのセンサ１−１〜１−４で
の受信信号の到着時刻に標準偏差０〜３０ｍｓｅｃの誤
差を挿入し、音源の位置を求めて真値との誤差を求めた
。 【００４１】このシミュレーションでは、音源位置辞書
３として図４に示すように、仮定音源位置１０を標定領
域２０ｋｍ四方［座標（−１０，０）（１０，０）（１
０，２０）（−１０，２０）（単位ｋｍ）の正方形内］
に５００ｍ間隔に設定した。このシミュレーション結果
が図５に示されている。 【００４２】図５において、横軸は検出時刻誤差標準偏
差、縦軸は標定誤差を示し、従来のシミュレーション結
果が直線１１、本実施例のシミュレーション結果が直線
１２で示されている。この図５より明らかなように、本
実施例による推定結果が従来の推定結果に比べて１／２
以下の音源位置推定誤差となり、本実施例による音源位
置の推定結果の有効性が理解できる。 【００４３】以上のように、本実施例では、従来のよう
な幾何学的な手法を用いず、音響伝搬特性を考慮したマ
ッチング手法を用いて音源の位置を推定しているので、
音速誤差やセンサ取付け誤差等の影響を受けにくく、誤
差特性の優れた高精度な音源位置の推定が可能となる。 さらに、音響伝搬モデル４による演算の際に、地形情報
等といった環境情報を考慮することにより、地形等の環
境の影響を除去でき、より精度の高い音源の位置の推定
が可能となる。 【００４４】また、音響伝搬モデル４において、仮定音
源位置と各センサ１−１〜１−ｎとの距離及び音速に基
づく演算によって仮定到着時刻Ｔｍｎを求めれば、計算
がより簡単かつ的確に行える。マッチング手段５におい
て、測定到着時刻Ｔ１〜Ｔｎと仮定到着時刻Ｔｍｎとの
非類維度Ｄｍを演算し、その非類似度Ｄｍに基づき音響
信号の発生源の位置を求めた場合、音速誤差やセンサ取
付け位置誤差等の誤差の影響をより小さくすることがで
きる。ここで、非類似度Ｄｍをユークリッド距離とする
と、マッチング手段５における計算が簡単になる。 【００４５】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
例えば、信号検出手段２−１〜２−ｎにおいて、数２以
外の式を用いて測定到着時刻Ｔ１〜Ｔｎを求めたり、マ
ッチング手段５において、非類似度Ｄｍ以外の方法を用
いて受信信号の音源位置を算出する等、種々の変形が可
能である。 【００４６】 【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、信号検出手段で測定到着時刻を検出し、音響
伝搬モデルにより、音源位置辞書の内容を参照して仮定
到着時刻を求め、その測定到着時刻と仮定到着時刻とに
よってマッチング手段で受信した音響信号の発生源の位
置を求めるようにしている。このように、本発明では、
従来のような幾何学的な手法を用いずに、音響伝搬特性
を考慮したマッチング手法を用いて音源の位置を推定し
ているので、音速誤差やセンサ取付け位置誤差等といっ
た誤差の影響を受けにくく、精度の高い音源位置の推定
が可能となる。この際、音響伝搬モデルにおいて、地形
情報等といった環境情報を考慮することにより、地形等
の環境の影響を除去することができ、それによってより
精度の高い音源位置の推定が行える。 【００４７】第２の発明によれば、音響伝搬モデルにお
いて、仮定音源位置と各センサとの距離及び音速に基づ
く演算によって仮定到着時刻を求めるようにしているの
で、仮定到着時刻の計算が簡単になり、的確な仮定到着
時刻を求めることができる。第３の発明によれば、マッ
チング手段は、測定到着時刻と仮定到着時刻の非類似度
を演算し、その非類似度に基づき音響信号の発生源の位
置を出力するようにしているので、音速誤差やセンサ取
付け位置誤差等の誤差の影響を小さくでき、より精度の
高い音源位置の推定が可能となる。 【００４８】第４の発明によれば、非類似度としてユー
クリッド距離を用いた場合、非類似度の演算が簡単とな
り、的確なマッチングが可能となる。
、任意に配置した複数のセンサで受信した音響信号の到
着時刻より、その音の発生源の位置を推定する音源位置
推定装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば矢野・石原著「科学技術者のための基礎数学」第
１３版（昭４９−１１−１）ｐ．１６０−１６１に記載
されるものがあった。 【０００３】従来の音源位置推定装置では、前記文献等
に記載されているように、双曲線の幾何学的性質を利用
して音源の位置を推定している。 【０００４】即ち、双曲線は、前記文献に記載されるよ
うに、２つの定点からの距離の差が一定な点全体をつく
る図形である。２つの定点をＦ１ （−ｃ，０），Ｆ２
（ｃ，０）とし、Ｆ１ ，Ｆ２ からの距離の差が２
ａ（ｃ＞ａ＞０）であるような任意の点をＰ（ｘ，ｙ）
とすると、次の数１の関係がある。 【０００５】 【数１】 【０００６】２つのセンサで受信した受信信号の到着時
刻差をｔとすると、音源は、２つのセンサからの距離の
差がｔｖ（ｖ；音速）となる双曲線上に存在する。 【０００７】さらに、他のセンサで信号を受信すること
により、前記と同様に、別の双曲線が得られる。この２
つの双曲線の交点として、音源の位置を求めることがで
きる。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
音源位置推定装置では、幾何学的な手法を用いて音源の
位置を算出しているため、気温や温度等によって音速ｖ
が変化すると、音速誤差が生じ、さらにセンサ取付け位
置の誤差等の影響を受けやすく、音源位置推定精度が低
下するという問題があり、それを解決することが困難で
あった。 【０００９】本発明は前記従来技術が持っていた課題と
して、音速誤差やセンサ取付け位置誤差等の影響を受け
やすく、音源位置推定精度が低いという点について解決
した音源位置推定装置を提供するものである。 【００１０】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、第１の発明は、任意に配置した複数のセンサで受信
した音響信号の測定到着時刻より、該音響信号の発生源
の位置を推定する音源位置推定装置において、前記各セ
ンサで受信した音響信号の測定到着時刻を検出する信号
検出手段と、仮定した複数の音源の仮定音源位置を格納
する音源位置辞書と、音響伝搬モデルと、マッチング手
段とを、備えている。 【００１１】ここで、音響伝搬モデルは、前記音源位置
辞書に格納された複数の仮定音源位置のそれぞれに対し
、その仮定音源位置で音が発生した時に、前記各センサ
に音が到着する時刻である仮定した仮定到着時刻を演算
により求める機能を有している。マッチング手段は、前
記信号検出手段で検出された測定到着時刻と前記音響伝
搬モデルで算出された仮定到着時刻とを比較して受信し
た音響信号の発生源の位置を求めるものである。 【００１２】第２の発明では、前記第１の発明の音響伝
搬モデルを、前記仮定音源位置と、前記各センサとの距
離及び音速に基づく演算によって前記仮定到着時刻を求
める構成にしている。 【００１３】第３の発明では、前記第１の発明のマッチ
ング手段を、前記測定到着時刻と、前記音源位置辞書に
格納されたすべての仮定音源位置に対して前記音響伝搬
モデルにより求まるそれぞれの仮定到着時刻との、非類
似度を演算し、最小の非類似度を与える仮定到着時刻に
対応する前記音源位置辞書内の仮定音源位置を、受信し
た音響信号の発生源の位置として出力する構成にしてい
る。 【００１４】第４の発明では、前記第３の発明の非類似
度をユークリッド距離にしたものである。 【００１５】 【作用】第１の発明によれば、以上のように音源位置推
定装置を構成したので、各センサで受信した音響信号が
信号検出手段へ送られると、該信号検出手段では、各セ
ンサで受信した音響信号の測定到着時刻を検出し、その
検出結果をマッチング手段へ送る。音響伝搬モデルでは
、音源位置辞書の内容を参照し、演算によって仮定到着
時刻を求め、その演算結果をマッチング手段へ送る。 マッチング手段では、測定到着時刻と仮定到着時刻とを
比較して受信した音響信号の発生源の位置を求める。こ
のように、音響伝搬特性を考慮したマッチング手法を用
いて音源位置の推定を行うことにより、誤差特性の向上
が図れる。 【００１６】第２の発明によれば、音響伝搬モデルは、
仮定音源位置と各センサとの距離及び音速に基づき仮定
到着時刻を算出しているので、演算の簡単化が図れる。 【００１７】第３の発明によれば、マッチング手段が、
測定到着時刻と仮定到着時刻との非類似度を演算し、そ
の非類似度に基づき音響信号の発生源の位置を出力して
いるので、誤差特性の向上が図れる。 【００１８】第４の発明によれば、非類似度としてユー
クリッド距離を用いることにより、マッチング手段にお
ける演算の簡単化が図れる。したがって、前記課題を解
決できるのである。 【００１９】 【実施例】図１は、本発明の実施例を示す音源位置推定
装置の機能ブロック図である。 【００２０】この音源位置推定装置は、地上や水中等に
任意に配置されたｎ個の音源信号受信用のセンサ１−１
〜１−ｎを有し、その各センサ１−１〜１−ｎには、ｎ
個の信号検出手段２−１〜２−ｎを介してマッチング手
段５が接続されている。各信号検出手段２−１〜２−ｎ
は、各センサ１−１〜１−ｎで受信された音響信号の測
定到着時刻Ｔ１〜Ｔｎを検出し、その検出結果をマッチ
ング手段５へ出力する機能を有している。 【００２１】また、この音源位置推定装置には、複数の
仮定した音源の位置（仮定音源位置）を格納するメモリ
等で構成された音源位置辞書３が設けられている。この
音源位置辞書３には、音響伝搬モデル４を介してマッチ
ング手段５が接続されている。音響伝搬モデル４は、音
源位置辞書３に格納された仮定音源位置に基づき、各セ
ンサ１−１〜１−ｎに音が到着する時刻である仮定した
到着時刻（仮定到着時刻）Ｔｍｎ（ｍ＝１〜Ｍ，ｎ＝１
〜Ｎ）を演算により求め、その演算結果をマッチング手
段５へ与える機能を有している。マッチング手段５は、
信号検出手段２−１〜２−ｎから出力される測定到着時
刻Ｔ１〜Ｔｎと、音響伝搬モデル４から出力される仮定
到着時刻Ｔｍｎとを比較し、受信した音響信号の発生し
た位置を求めて出力する機能を有している。 【００２２】この音源位置推定装置の各回路ブロックは
、集積回路等による個別回路、あるいはプロセッサによ
るプログラム制御等により構成される。 【００２３】図２は測定到着時刻の検出方法を示す図、
及び図３は音源位置辞書３の内容を示す図であり、これ
らの図を参照しつつ音源位置推定装置の動作を説明する
。 【００２４】空中等にある音の発生源から音響信号が放
射されると、該音響信号がセンサ１−１〜１−ｎで受信
され、信号検出手段２−１〜２−ｎへ送られる。信号検
出手段２−１〜２−ｎでは、各センサ１−１〜１−ｎで
受信された音響信号を入力し、例えば図２に示す方法に
より、測定到着時刻Ｔ１〜Ｔｎを検出する。 【００２５】信号検出手段２−１〜２−ｎでは、図２に
示すように、入力音響信号のパワーＰを演算する。この
パワーＰが、あらかじめ定めた閾値ＴＨを越えたら、音
響信号が受信されていると判定し、該音響信号が受信さ
れていると判定されている区間（信号区間）Ｌで、該パ
ワーＰが最大となる時刻を測定到着時刻Ｔ１〜Ｔｎとし
て出力し、マッチング手段５へ与える。 【００２６】一方、音源位置辞書３には、複数の仮定し
た音源の仮定音源位置１０が格納されている。この仮定
音源位置１０は、例えば図３に示すように、音源がある
と考えられる領域（標定領域）Ｆ内で格子状に設定する
。このように設定されたｍ個の仮定音源位置１０の座標
を（ｘγ１ ，ｙγ１ ），（ｘγ２ ，ｙγ２ ），
…，（ｘγｍ，ｙγｍ）とする。音響伝搬モデル４は、
音源位置辞書３に格納された仮定音源位置１０から、仮
定到着時刻Ｔｍｎ（ｍ＝１〜Ｍ，ｎ＝１〜Ｎ）を、例え
ば次の方法により求める。 【００２７】音響伝搬モデル４では、ｎ個のセンサ１−
１〜１−ｎの座標を（ｘｓ１ ，ｙｓ１ ），（ｘｓ２
，ｙｓ２ ），…，（ｘｓｎ，ｙｓｎ）としたとき、
ｍ番目の仮定した音源の仮定音源位置に対応した、ｎ番
目のセンサ１−ｎでの仮定した仮定到着時刻Ｔｍｎを次
の数２によって演算する。 【００２８】 【数２】 【００２９】この仮定到着時刻Ｔｍｎは、マッチング手
段５へ送られる。 【００３０】マッチング手段５では、信号検出手段２−
１〜２−ｎからの測定到着時刻Ｔ１〜Ｔｎと、音響伝搬
モデル４からの仮定到着時刻Ｔｍｎ（ｍ＝１〜Ｍ，ｎ＝
１〜Ｎ）とに基づき、次のようにして受信信号の音源位
置を求めて出力する。 【００３１】マッチング手段５では、まず、測定到着時
刻Ｔｎ及び仮定到着時刻Ｔｍｎから、次の数３及び数４
に基づき、到着時刻Ｔａｎ，Ｔａｍｎ（ｎ＝１〜Ｎ，ｍ
＝１〜Ｍ）を求める。 【００３２】 【数３】 【００３３】 １ Ｎ Ｔａ
ｎ＝Ｔｎ−− Σ Ｔｋ
（ｎ＝１〜Ｎ） Ｎ
ｋ＝１ 【００３４】 【数４】 【００３５】 １ Ｎ
Ｔａｍｎ＝Ｔｍｎ−− Σ Ｔｍｋ
（ｎ＝１〜Ｎ，ｍ＝１〜Ｍ）
Ｎ Ｋ＝１ この到着時刻Ｔａｎ
，Ｔａｍｎは、それぞれ測定到着時刻Ｔｎ及び仮定到着
時刻Ｔｍｎを平均値０に正規化したものに相当する。次
に、到着時刻ＴａｎとＴａｍｎとの非類似度（例えば、
ユークリッド距離）Ｄｍを次の数５より求め、その非類
似度Ｄｍの最小値を与えるｍを求める。 【００３６】 【数５】 【００３７】 Ｎ Ｄｍ＝ Σ （Ｔａｎ−Ｔａｍｎ）２
（ｍ＝１〜Ｍ） ｎ＝１ この最小の非類似度ｍに対応した音源位置辞書３内にお
けるｍ番目の仮定した仮定音源位置（ｘγｍ，ｙγｍ）
を受信信号の音源位置として出力する。 【００３８】次に、本実施例のシミュレーション結果を
図４及び図５を参照しつつ説明する。 【００３９】図４は、このシミュレーションで使用した
音源位置辞書３の内容を示す図、及び図５はシミュレー
ション結果を示す図である。 【００４０】まず、４つのセンサ１−１〜１−４をそれ
ぞれ（−３，０），（−１，０），（１，０），（３，
０）（ここで、単位ｋｍ）の座標に設定する。音源を（
０，２０）（単位ｋｍ）の座標に置き、該音源より音を
発生させる。このとき、４つのセンサ１−１〜１−４で
の受信信号の到着時刻に標準偏差０〜３０ｍｓｅｃの誤
差を挿入し、音源の位置を求めて真値との誤差を求めた
。 【００４１】このシミュレーションでは、音源位置辞書
３として図４に示すように、仮定音源位置１０を標定領
域２０ｋｍ四方［座標（−１０，０）（１０，０）（１
０，２０）（−１０，２０）（単位ｋｍ）の正方形内］
に５００ｍ間隔に設定した。このシミュレーション結果
が図５に示されている。 【００４２】図５において、横軸は検出時刻誤差標準偏
差、縦軸は標定誤差を示し、従来のシミュレーション結
果が直線１１、本実施例のシミュレーション結果が直線
１２で示されている。この図５より明らかなように、本
実施例による推定結果が従来の推定結果に比べて１／２
以下の音源位置推定誤差となり、本実施例による音源位
置の推定結果の有効性が理解できる。 【００４３】以上のように、本実施例では、従来のよう
な幾何学的な手法を用いず、音響伝搬特性を考慮したマ
ッチング手法を用いて音源の位置を推定しているので、
音速誤差やセンサ取付け誤差等の影響を受けにくく、誤
差特性の優れた高精度な音源位置の推定が可能となる。 さらに、音響伝搬モデル４による演算の際に、地形情報
等といった環境情報を考慮することにより、地形等の環
境の影響を除去でき、より精度の高い音源の位置の推定
が可能となる。 【００４４】また、音響伝搬モデル４において、仮定音
源位置と各センサ１−１〜１−ｎとの距離及び音速に基
づく演算によって仮定到着時刻Ｔｍｎを求めれば、計算
がより簡単かつ的確に行える。マッチング手段５におい
て、測定到着時刻Ｔ１〜Ｔｎと仮定到着時刻Ｔｍｎとの
非類維度Ｄｍを演算し、その非類似度Ｄｍに基づき音響
信号の発生源の位置を求めた場合、音速誤差やセンサ取
付け位置誤差等の誤差の影響をより小さくすることがで
きる。ここで、非類似度Ｄｍをユークリッド距離とする
と、マッチング手段５における計算が簡単になる。 【００４５】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
例えば、信号検出手段２−１〜２−ｎにおいて、数２以
外の式を用いて測定到着時刻Ｔ１〜Ｔｎを求めたり、マ
ッチング手段５において、非類似度Ｄｍ以外の方法を用
いて受信信号の音源位置を算出する等、種々の変形が可
能である。 【００４６】 【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、信号検出手段で測定到着時刻を検出し、音響
伝搬モデルにより、音源位置辞書の内容を参照して仮定
到着時刻を求め、その測定到着時刻と仮定到着時刻とに
よってマッチング手段で受信した音響信号の発生源の位
置を求めるようにしている。このように、本発明では、
従来のような幾何学的な手法を用いずに、音響伝搬特性
を考慮したマッチング手法を用いて音源の位置を推定し
ているので、音速誤差やセンサ取付け位置誤差等といっ
た誤差の影響を受けにくく、精度の高い音源位置の推定
が可能となる。この際、音響伝搬モデルにおいて、地形
情報等といった環境情報を考慮することにより、地形等
の環境の影響を除去することができ、それによってより
精度の高い音源位置の推定が行える。 【００４７】第２の発明によれば、音響伝搬モデルにお
いて、仮定音源位置と各センサとの距離及び音速に基づ
く演算によって仮定到着時刻を求めるようにしているの
で、仮定到着時刻の計算が簡単になり、的確な仮定到着
時刻を求めることができる。第３の発明によれば、マッ
チング手段は、測定到着時刻と仮定到着時刻の非類似度
を演算し、その非類似度に基づき音響信号の発生源の位
置を出力するようにしているので、音速誤差やセンサ取
付け位置誤差等の誤差の影響を小さくでき、より精度の
高い音源位置の推定が可能となる。 【００４８】第４の発明によれば、非類似度としてユー
クリッド距離を用いた場合、非類似度の演算が簡単とな
り、的確なマッチングが可能となる。
【図１】本発明の実施例を示す音源位置推定装置の機能
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】本実施例の測定到着時刻検出方法を示す図であ
る。
る。
【図３】本実施例の音源位置辞書の内容を示す図である
。
。
【図４】本実施例のシミュレーションに用いる音源位置
辞書の内容を示す図である。
辞書の内容を示す図である。
【図５】本実施例と従来の音源位置推定のシミュレーシ
ョン結果を示す図である。
ョン結果を示す図である。
１−１〜１−ｎ センサ
２−１〜２−ｎ 信号検出手段
Claims (4)
- 【請求項１】 任意に配置した複数のセンサで受信し
た音響信号の測定到着時刻より、該音響信号の発生源の
位置を推定する音源位置推定装置において、前記各セン
サで受信した音響信号の測定到着時刻を検出する信号検
出手段と、仮定した複数の音源の仮定音源位置を格納す
る音源位置辞書と、前記音源位置辞書に格納された複数
の仮定音源位置のそれぞれに対し、その仮定音源位置で
音が発生した時に、前記各センサに音が到着する時刻で
ある仮定した仮定到着時刻を演算により求める音響伝搬
モデルと、前記信号検出手段で検出された測定到着時刻
と前記音響伝搬モデルで算出された仮定到着時刻とを比
較して受信した音響信号の発生源の位置を求めるマッチ
ング手段とを、備えたことを特徴とする音源位置推定装
置。 - 【請求項２】 請求項１記載の音源位置推定装置にお
いて、前記音響伝搬モデルは、前記仮定音源位置と、前
記各センサとの距離及び音速に基づく演算によって前記
仮定到着時刻を求める構成にした音源位置推定装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の音源位置推定装置にお
いて、前記マッチング手段は、前記測定到着時刻と、前
記音源位置辞書に格納されたすべての仮定音源位置に対
して前記音響伝搬モデルにより求まるそれぞれの仮定到
着時刻との、非類似度を演算し、最小の非類似度を与え
る仮定到着時刻に対応する前記音源位置辞書内の仮定音
源位置を、受信した音響信号の発生源の位置として出力
する構成にした音源位置推定装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の音源位置推定装置にお
いて、前記非類似度は、ユークリッド距離である音源位
置推定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP562991A JPH04238284A (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | 音源位置推定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP562991A JPH04238284A (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | 音源位置推定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04238284A true JPH04238284A (ja) | 1992-08-26 |
Family
ID=11616449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP562991A Withdrawn JPH04238284A (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | 音源位置推定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04238284A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0870305A (ja) * | 1994-05-24 | 1996-03-12 | Toshiba Corp | 通信機器 |
| JPH08233931A (ja) * | 1995-02-24 | 1996-09-13 | Isuzu Motors Ltd | 音源探索方式 |
| JP2002168937A (ja) * | 2000-12-05 | 2002-06-14 | Nec Corp | 水中目標物位置検出装置及び方法 |
| JP2006194627A (ja) * | 2005-01-11 | 2006-07-27 | Oki Electric Ind Co Ltd | 音源位置推定方法及び装置並びにソーナー |
| JP2009509362A (ja) * | 2005-06-24 | 2009-03-05 | ネイダーランゼ、オルガニザティー、ボー、トゥーゲパストナトゥールウェテンシャッペルーク、オンダーツォーク、ティーエヌオー | 複数の音源によって放射される信号から音響信号を抽出するためのシステムおよび方法。 |
| JP2011149864A (ja) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Oki Electric Industry Co Ltd | 音源位置推定装置 |
| JP2015042989A (ja) * | 2007-01-26 | 2015-03-05 | マイクロソフト コーポレーション | マルチセンサ音源定位 |
| JP2018031606A (ja) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 株式会社Ihi | 震源位置推定方法及び震源位置推定システム |
-
1991
- 1991-01-22 JP JP562991A patent/JPH04238284A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0870305A (ja) * | 1994-05-24 | 1996-03-12 | Toshiba Corp | 通信機器 |
| JPH08233931A (ja) * | 1995-02-24 | 1996-09-13 | Isuzu Motors Ltd | 音源探索方式 |
| JP2002168937A (ja) * | 2000-12-05 | 2002-06-14 | Nec Corp | 水中目標物位置検出装置及び方法 |
| JP2006194627A (ja) * | 2005-01-11 | 2006-07-27 | Oki Electric Ind Co Ltd | 音源位置推定方法及び装置並びにソーナー |
| JP2009509362A (ja) * | 2005-06-24 | 2009-03-05 | ネイダーランゼ、オルガニザティー、ボー、トゥーゲパストナトゥールウェテンシャッペルーク、オンダーツォーク、ティーエヌオー | 複数の音源によって放射される信号から音響信号を抽出するためのシステムおよび方法。 |
| JP2015042989A (ja) * | 2007-01-26 | 2015-03-05 | マイクロソフト コーポレーション | マルチセンサ音源定位 |
| JP2016218078A (ja) * | 2007-01-26 | 2016-12-22 | マイクロソフト テクノロジー ライセンシング，エルエルシー | マルチセンサ音源定位 |
| JP2011149864A (ja) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Oki Electric Industry Co Ltd | 音源位置推定装置 |
| JP2018031606A (ja) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 株式会社Ihi | 震源位置推定方法及び震源位置推定システム |
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