一种激光多普勒取声方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光多普勒取声方法，涉及激光测振领域，用于解决未结合实际使用场景导致获取信号强度低的问题，其包括语音探测、滤波解调、语音增强处理和信号输出主要步骤，其中语音增强处理对信号语音进行样点增益值调整。本发明专利技术还提供了一种激光多普勒取声系统，其包括光学模块、电路模块、语音增强处理模块和输出模块。本发明专利技术通过语音增强处理算法对原始语音信号进行数字信号处理，通过参数调节，可大大提高话音质量，保证声音准确性、真实性和全面性，提升了语音的清晰度、可懂度。

A method and device of laser Doppler sound acquisition

【技术实现步骤摘要】
一种激光多普勒取声方法及装置
本专利技术属于激光测振领域，具体来说，是一种激光多普勒取声方法和系统。
技术介绍
在军事、缉毒、刑侦及国家安全领域，重要的会议或重要人员的谈话一直是特种兵、侦查人员关注的重点，而这些地方往往也是重点警戒的区域，一般人员无法靠近对移动目标的检测，更是传统侦听手段无法逾越的障碍。激光多普勒取声是一种通过精密测量窗户、玻璃等物体的微小振动而获取声音的技术，它是一种无接触式实现远距离侦听语音信息的技术，能够为侦查人员提供实时、准确、全面的情报信息，保障国家安全。其最大优点是不需要在目标房间里安装任何侦听设备就可以实现侦听，具有很强的隐蔽性并且不留痕迹。现有技术中，申请号为201220696759.4(一种激光声音探测装置)、201210442353.8(警用监听装置)、201410078849.0(一种语音监听方法和设备，以及激光反射声源定位方法)的专利对激光声音探测的基本原理进行可行性验证，其装置或设备主要包括激光发生器、激光接收器、功放电路、扬声器等，其利用说话会引起玻璃等感应物体的震动，通过检测玻璃上反射回来的激光来监测房间内说话人的声音，实现远距离监听房间内的说话声音。这些现有技术通过激光多普勒偏振原理实现了激光取声，但其功能仅停留在实验样机水平，由于实际环境中存在大量噪声，导致监听目标的有效话音完全淹没在噪声中，因而这类技术无法适用于实际复杂场景中。申请号为201410264652.6的中国专利公开了一种基于相关检测技术的激光侦听装置，其在在传统基础上增加了信号的相关检测器，该专利技术虽然能够降低了外界环境因素对侦听装置的影响，增加了接收机的动态范围，提高了侦听装置的信噪比，但实际环境中，检测到的信号非常微弱，在夹杂有环境噪声的情况下，人耳无法听清声音。申请号为201820803917.9(一种单通道侦听设备)、201820802171.X(一种双通道侦听设备)的中国专利针对现有技术中激光发射机与激光接收机分开、容易暴露窃听行为、窃听位置不便选择、获取高质量放射光困难、准确瞄准难度大等问题，设计了一种侦听设备，能够实现远距离稳定侦听且携带方便的侦听设备，该专利技术虽然从硬件方面解决了激光发射机和激光接收机分开问题，大大减小了激光侦听设备的体积，然而仍未解决激光侦听设备的实用性问题。可以看出现有激光侦听设备仅以硬件的方式实现其取声原理，获取的声音信号为原始语音，因受目标物周围环境因素、硬件噪声的影响，获取的原始语音信号强度非常低，侦听人员难以分辨声音中的有用信息，考虑到实际场景必然伴随噪声、获取信号强度低等致命问题，因而现有方案均难以实现产品化。
技术实现思路
针对现有取声方法存在的未结合使用场景导致的噪声明显、获取信号强度低的问题，本专利技术的目的是旨在提供一种激光多普勒取声方法，该方法通过光电技术获取反射激光信号，再对信号进行滤波和解调处理，并运用语音增强处理算法对声音进行再次处理，从而还原出清晰、舒适的声音信号。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种激光多普勒取声方法，该方法包括如下步骤：步骤1：语音探测步骤1a：通过激光器产生激光，激光经光纤准直镜准直为平行光发出，通过偏振分束器分束，形成本振光与探测光；步骤1b：本振光经过声光移频的作用，产生一束新的激光；步骤1c：探测光经过光学收发天线发射出去进行语音探测，探测光经目标物体漫反射，再通过光学收发天线收集反射光；步骤1d：将步骤1b移频产生的新的激光与步骤1c光学收发天线收集的反射光通过透镜合束处理；步骤1e：将步骤1d合束处理后的激光通过光电探测器转换为电信号；步骤2：滤波解调步骤2a：将步骤1e得到的电信号进行低通滤波，滤除高频噪声信号；步骤2b：通过功率放大器对步骤2a低通滤波后的电信号进行放大；步骤2c：对步骤2b的电信号进行解调得到模拟信号，然后经模数转换电路转换为数字信号；步骤3：语音增强处理步骤3a：对步骤2c中解调得到的数字信号进行高通滤波，滤除低频噪声信号，得到信号X；步骤3b：对信号X以帧为单位分别进行采样获得每一帧的样点数组Data；步骤3c：对步骤3b其中一帧对应的样点数组Data中的所有元素求绝对值，然后计算当前帧对应的样点数组Data中的所有元素的绝对值平均值AveValue；步骤3d：将步骤3c计算得到的当前帧对应的样点数组Data中的所有元素的绝对值平均值AveValue与噪声门限NoiseGate比较，若AveValue<NoiseGate，则当前帧对应的样点数组Data的增益调整值Gain为1；否则将AveValue与目标值TargetValve比较，则当前帧对应的样点数组Data的增益调整值Gain＝TargetValve/AveValue；步骤3e：将步骤3d计算得到的增益调整值Gain分别乘以当前帧对应的样点数组Data中的每一个元素，从而更新当前帧对应的样点数组Data，并对增益调整后的样点数组Data进行防饱和处理；步骤3f：对信号X其它帧对应的样点数组Data重复步骤3c～3e的过程，从而完成信号X的语音增强处理；步骤4：信号输出步骤4a：根据步骤3语音增强处理后的结果输出语音信号。进一步限定，在步骤3b中，帧长为10～30毫秒，采样频率为8kHz。进一步限定，在步骤3e中，所述防饱和处理具体为：如果增益调整后的样点数组Data的第i个元素Datai>32767，则将第i个元素Datai更新为32767，如果增益调整后的样点数组Data的第i个元素Datai<-32768，则将第i个元素Datai更新为-32768。进一步限定，在步骤4中，所述语音信号是将步骤3语音增强处理后的信号通过数模转换得到。进一步限定，在步骤4中，所述语音信号在数模转换之前需要将语音增强处理后的信号进行存储。本专利技术的另一个目的在于提供一种激光多普勒取声系统，该系统包括：光学模块、电路模块、语音增强处理模块和输出模块；所述光学模块包括：激光器，其产生激光光源；光纤准直镜，其将激光准直为平行光；偏振分束器，其将平行光分束形成本振光与探测光；声光移频器，其将本振光在原有频率上频移产生新的激光；光学收发天线，其将探测光发射到目标物体上，同时收集经目标物体漫反射后产生的反射光；合束器，其将声光移频器频移产生的激光与光学接受天线收集的反射光通过透镜合束处理；光电转换器，其将合束器合束处理后的激光转换为电信号；所述电路模块包括：低通滤波器，其用于滤除光电转换器输出的电信号中的高频噪声信号；功率放大器，其将低通滤波器处理后的电信号进行放大；解调模块，其将放大的电信号进行解调得到模拟信号；模数转换电路，其将模拟信号转换为数字信号；语音增强处理模块包括：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光多普勒取声方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：语音探测/n步骤1a：通过激光器产生激光，激光经光纤准直镜准直为平行光发出，通过偏振分束器分束，形成本振光与探测光；/n步骤1b：本振光经过声光移频的作用，产生一束新的激光；/n步骤1c：探测光经过光学收发天线发射出去进行语音探测，探测光经目标物体漫反射，再通过光学收发天线收集反射光；/n步骤1d：将步骤1b移频产生的新的激光与步骤1c光学收发天线收集的反射光通过透镜合束处理；/n步骤1e：将步骤1d合束处理后的激光通过光电探测器转换为电信号；/n步骤2：滤波解调/n步骤2a：将步骤1e得到的电信号进行低通滤波，滤除高频噪声信号；/n步骤2b：通过功率放大器对步骤2a低通滤波后的电信号进行放大；/n步骤2c：对步骤2b的电信号进行解调得到模拟信号，然后经模数转换电路转换为数字信号；/n步骤3：语音增强处理/n步骤3a：对步骤2c中解调得到的数字信号进行高通滤波，滤除低频噪声信号，得到信号X；/n步骤3b：对信号X以帧为单位分别进行采样获得每一帧的样点数组Data；/n步骤3c：对步骤3b其中一帧对应的样点数组Data中的所有元素求绝对值，然后计算当前帧对应的样点数组Data中的所有元素的绝对值平均值AveValue；/n步骤3d：将步骤3c计算得到的当前帧对应的样点数组Data中的所有元素的绝对值平均值AveValue与噪声门限NoiseGate比较，若AveValue<NoiseGate，则当前帧对应的样点数组Data的增益调整值Gain为1；/n否则将AveValue与目标值TargetValve比较，则当前帧对应的样点数组Data的增益调整值Gain＝TargetValve/AveValue；/n步骤3e：将步骤3d计算得到的增益调整值Gain分别乘以当前帧对应的样点数组Data中的每一个元素，从而更新当前帧对应的样点数组Data，并对增益调整后的样点数组Data进行防饱和处理；/n步骤3f：对信号X其它帧对应的样点数组Data重复步骤3c～3e的过程，从而完成信号X的语音增强处理；/n步骤4：信号输出/n步骤4a：根据步骤3语音增强处理后的结果输出语音信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种激光多普勒取声方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：语音探测
步骤1a：通过激光器产生激光，激光经光纤准直镜准直为平行光发出，通过偏振分束器分束，形成本振光与探测光；
步骤1b：本振光经过声光移频的作用，产生一束新的激光；
步骤1c：探测光经过光学收发天线发射出去进行语音探测，探测光经目标物体漫反射，再通过光学收发天线收集反射光；
步骤1d：将步骤1b移频产生的新的激光与步骤1c光学收发天线收集的反射光通过透镜合束处理；
步骤1e：将步骤1d合束处理后的激光通过光电探测器转换为电信号；
步骤2：滤波解调
步骤2a：将步骤1e得到的电信号进行低通滤波，滤除高频噪声信号；
步骤2b：通过功率放大器对步骤2a低通滤波后的电信号进行放大；
步骤2c：对步骤2b的电信号进行解调得到模拟信号，然后经模数转换电路转换为数字信号；
步骤3：语音增强处理
步骤3a：对步骤2c中解调得到的数字信号进行高通滤波，滤除低频噪声信号，得到信号X；
步骤3b：对信号X以帧为单位分别进行采样获得每一帧的样点数组Data；
步骤3c：对步骤3b其中一帧对应的样点数组Data中的所有元素求绝对值，然后计算当前帧对应的样点数组Data中的所有元素的绝对值平均值AveValue；
步骤3d：将步骤3c计算得到的当前帧对应的样点数组Data中的所有元素的绝对值平均值AveValue与噪声门限NoiseGate比较，若AveValue<NoiseGate，则当前帧对应的样点数组Data的增益调整值Gain为1；
否则将AveValue与目标值TargetValve比较，则当前帧对应的样点数组Data的增益调整值Gain＝TargetValve/AveValue；
步骤3e：将步骤3d计算得到的增益调整值Gain分别乘以当前帧对应的样点数组Data中的每一个元素，从而更新当前帧对应的样点数组Data，并对增益调整后的样点数组Data进行防饱和处理；
步骤3f：对信号X其它帧对应的样点数组Data重复步骤3c～3e的过程，从而完成信号X的语音增强处理；
步骤4：信号输出
步骤4a：根据步骤3语音增强处理后的结果输出语音信号。


2.根据权利要求1所述的一种激光多普勒取声方法，其特征在于，在步骤3b中，帧长为10～30毫秒，采样频率为8kHz。


3.根据权利要求1所述的一种激光多普勒取声方法，其特征在于，在步骤3e中，所述防饱和处理具体为：如果增益调整后的样点数组Data的第i个元素Datai>32767，则将第i个元素Datai更新为32767，如果增益调整后的样点数组Data的第i个元素Datai<-32768，则将第i个元素Datai更新为-32768。


4.根据权利要求1所述的一种激光多普勒取声方法，其特征在于，在步骤4中，所述语音信号是将步骤3语音增强处理后的信号通过数模转换得到。


5.根据权利要求4所述的一种激光多普勒取声方法，其特征在于，在步骤4中，所述语音信号在数模转换之前需要将语音增强处理后的信号进行存储。


6.一种激光多普勒取声系统，其特征在于，包括：光学模块、电路模块、语音增...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋见，冯晓青，
申请(专利权)人：重庆鲲量科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50