应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置，包括麦克风阵列、前置选频放大电路、多通道同步采样模块、数据信号处理单元、数据存储模块和目标位置实时显示模块；数据信号处理单元与数据存储模块、多通道同步采样模块和目标位置实时显示模块三个模块相连；多通道同步采样模块还与前置选频放大电路相连；麦克风阵列仅与前置选频放大电路相连；本实用新型专利技术在信噪比不高的救援环境下，能实现多目标的定位，且速率快，成本低，精度高，具有一定的实时性，且易于实现。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于声音定位
，特别是一种应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置。
技术介绍
单麦克风系统获得高质量的声源信号要求声源和麦克风之间的位置相对固定，当麦克风距离声源很远，或者存在一定程度的混响及 干扰的情况下，会使拾取信号的质量严重下降。为了解决单麦克风系统的这些局限性，人们提出了用麦克风阵列进行语音处理的方法，因为麦克风阵列系统较之单麦克风系统具有许多优点麦克风阵列系统具有空间选择特性；允许目标在一定范围内移动而不改变接受方向；便于对移动目标的自动探测、定位。国外主要将麦克风阵列技术用于语音获取、语音识别、声源定位等方向。1985年Flanagan将麦克风阵列弓I入到大型会议的语音增强中，并开发出很多实际产品。1987年Silverman将麦克风阵列引入到语音识别系统，1992年又将阵列信号处理用于移动环境下的语音获取，后来将其应用于说话人识别。1995年Flanagan在混响环境下用阵列信号处理对声音进行捕获。1996年Silverman和Brandstein开始将其应用于声源定位中，用于确定和实时跟踪说话人的位置。尤其在声源定位这一领域，国外的研究确实比我们先走一步，国内主要将麦克风阵列技术用在视频监控等方向。如中国兵器工业集团、海康威视公司等都有相关产品的研发。而在声探测和识别方面相对于国外较为落后，到目前为止还没有自主产权的麦克风阵列产品。现有的麦克风阵列语音定位系统大多采用Codec类的音频编解码器作为采集信号的核心，这种设计在两路以上声音信号采集中很难做到真正同步，而且信号放大增益不是连续可调的，只有固定的几个增益值可选，采样频率也不是连续可控的，仅有几个固定的采样频率值可供选择，在某些对声音信号增益值或者采样频率值有特定要求的环境下使用起来有很大不便；当需要采集两路以上声音信号时，Codec编解码器必须首先传出自己的硬件ID号，然后才能传输出采集的数据，以便数字信号处理单元识别是哪路采集电路传回的数据，这使得每次启动采集都需要执行这种步骤，在一定程度上降低了系统性能，影响了系统的实时性。语音听觉定位相比于现有的视觉图像定位具有不可替代的优势，首先，视觉场被限定在小于180°的范围内，且不能穿过不透光的障碍物，容易受到环境光线强弱的影响，因此单纯依靠机器人视觉获取外界信息来进行定位的精度相对较低。相比于语音定位系统，一些生命探测仪系统主要依靠捕捉人体超低频电波产生之电场(由心脏产生)来找到“活人”的位置，遇到金属障碍物时，由于这种电场易受到金属的干扰，甚至被屏蔽，因而生命探测仪检测距离受到严重影响，语音定位系统具有相对结构简单，易于实现，相对经济，不易因障碍物而影响检测距离等优势。现有的语音定位装置大都应用于视频电话会议，无线通信等领域，而将基于麦克风阵列的语音定位技术应用于人员搜救或救援机器人领域是该领域的一个重大进步，不可否认，所述语音定位系统在人员搜救或救援机器人执行任务搜救被困人员时提供被困人员的具体位置，为搜救提供确切的目标位置，很大程度上提高了救援效率，也为救援争取了宝贵的时间，因此所述语音定位系统在人员搜救或救援机器人领域具有重大的实际意义和应用价值；除了所述语音定位技术极少应用与人员搜救或救援机器人领域外，专利技术人还发现，在现有的麦克风阵列拾取声音是都需要传回麦克风的位置信息，或者传回与麦克风相连的采集电路的ID号，用于识别是哪一路的麦克风传回的信号；现有麦克风阵列定位装置大都只能定位单个目标，而且使用时对环境的信噪比要求比较高，这在实际使用时带来很多不便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在信噪比不高的救援环境下，能实现多目标的定位，且速率快，成本低，精度高，具有一定的实时性，易于实现的应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置。实现本专利技术目的的技术解决方案为一种应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置，所述系统包括麦克风阵列、前置选频放大电路、多通道同步采样模块、数据信号处理单元、数据存储模块和目标位置实时显示模块；数据信号处理单元与数据存储模块、多通道同步采样模块和目标位置实时显示模块三个模块相连；多通道同步采样模块还与前置选频放大电路相连；麦克风阵列仅与前置选频放大电路相连。本专利技术与现有技术相比，其显著优点(I)将基于麦克风阵列的语音定位技术应用于人员搜救或救援机器人领域，与传统的视觉定位和基于电场的生命探测相比具有不可替代的优势，是人员搜救或救援机器人领域的一大进步。(2)所述麦克风阵列定位装置应用于人员搜救或救援机器人上，能适用于信噪比不闻环境。(3)所述麦克风阵列定位装置具有可调的放大增益，同时不需要传回麦克风的位置信息，这是与现有麦克风阵列定位技术相比本专利技术所具有的突出优点之一。(4)所述麦克风阵列定位装置支持多通道高速同步采集，采集速率可以通过软件控制，最大速率可达语音频段最大频率的50多倍。(5)所述麦克风阵列定位装置具有高效存储结构，能够记录并保存多通道的采集数据，能够通过数字信号处理单元导出到系统外以便做进一步分析。(6)所述麦克风阵列定位装置具有一定的实时性，能在目标位置实时显示模块上实时显示目标相对与麦克风阵列的位置信息。(7)所述麦克风阵列定位装置，能够通过算法改进，实现多目标的定位，这是本与现有麦克风阵列定位技术相比本专利技术所具有的又一突出优点。以下结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图I为本专利技术应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置的结构示意框图。图2为本专利技术应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置的麦克风阵列结构示意图。图3为本专利技术应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置的存储模块示意框图。图4为本专利技术应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置的数字信号处理单元与实时显示模块连接接口示意框图。具体实施方式本专利技术一种应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置，所述系统包括麦克风阵列、前置选频放大电路、多通道同步采样模块、数据信号处理单元、数据存储模块和目标位置实时显示模块；数据信号处理单元与数据存储模块、多通道同步采样模块和目标位置实时显示模块三个模块相连；多通道同步采样模块还与前置选频放大电路相连；麦克风阵列仅与前置选频放大电路相连。数据信号处理单元通过并行的外部存储器接口与数据存储模块连接，数据信号处理单元通过SPI协议接口与多通道同步采样模块相连接，数据信号处理单元通过通用串口与目标位置实时显示模块相连接。麦克风阵列采用平面十字型结构，且呈对称布置，相对应位置的麦克风为一对。多通道同步采样模块启用与麦克风数量相等的通道数。多通道同步采样模块的每对通道共用一组前置选频放大电路。数字信号处理单元的核心部件是数字信号处理器，其具有支持多个不同类型外部存储器扩展的接口，内部携带支持直接存取访问模式的内部总线，所述数字信号处理器自带多个可扩展为通用串口和SPI协议接口的多通道缓冲串口模块；其与目标位置实时显示模块相连接的接口同时具备RS232数据输出能力。数据存储模块包括三类不同功能的存储器即同步动态随机存储器、电擦除可编程只读存储器和同步静态随机存储器。目标位置实时显示模块自带通用串口，目标位置实时显示模块串口中具有能反馈工作状态的硬件电路，具有支持触摸输入的硬件电路。其信号走向为麦克风阵列拾取所处环境声音信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于救援的基于麦克风阵列的语音定位装置，其特征在于：所述系统包括麦克风阵列、前置选频放大电路、多通道同步采样模块、数据信号处理单元、数据存储模块和目标位置实时显示模块；数据信号处理单元与数据存储模块、多通道同步采样模块和目标位置实时显示模块三个模块相连；多通道同步采样模块还与前置选频放大电路相连；麦克风阵列仅与前置选频放大电路相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，倪晶静，吴益飞，陈庆伟，韩国盛，邹亦萍，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：实用新型
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