一种声源识别定位系统计量校准方法及系统与流程

本发明涉及声源定位，尤其涉及一种声源识别定位系统计量校准方法及系统。

背景技术：

1、声源定位技术领域涉及一系列方法和技术，旨在确定声音发生的精确位置，这项技术广泛应用于多种场合，如安全监控、环境监测、航空控制、医疗领域中的听力测试，声源定位技术的核心在于信号处理，通过接收来自不同方向的声波，利用算法计算声源的位置，涉及多个传感器或麦克风，捕捉声波的时间差和能量差异，从而进行分析和定位，现代声源定位系统可能结合机器学习技术，提高定位精度和环境适应性。

2、其中，声源识别定位系统计量校准方法是一种技术手段，旨在提升声源定位系统的准确性和可靠性，通过对声源识别定位系统内部的传感器和算法进行校准，确保声源识别和定位的结果具有高度精确性，此方法的用途包括音频监控系统的优化、噪声源监测、声音导航系统的开发。校准过程包括环境噪声分析、传感器灵敏度调整及信号处理算法的优化，从而使声源识别定位系统在不同的操作环境下都能保持高效和精确的工作性能。

3、现有的声源识别定位系统计量校准方法广泛应用于多个领域，其核心挑战之一在于无法高效适应环境复杂性增加时的精确定位需求，现有技术在处理多障碍物环境中的声波反射和多路径效应时效率不高，容易因环境变量多而导致数据分析的不准确，这直接影响到声源定位的精度和可靠性，传统声源定位系统的麦克风阵列配置较为固定，缺乏针对特定环境动态调整的能力，这在动态或不断变化的环境中造成定位的延迟和错误，导致声源识别定位系统在实际应用中无法达到预期的监控和导航精度。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种声源识别定位系统计量校准方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种声源识别定位系统计量校准方法，包括以下步骤：

3、s1：在预定环境中部署环境声音采集设备，调整声源与环境交互参数，记录差异化声源条件下的声波传播数据，生成初始声学场景数据；

4、s2：基于所述初始声学场景数据，通过测量声波在多种障碍物环境下的反射角度和距离，对声波传播路径进行分析，并绘制声波传播的图像，建立声波路径模型；

5、s3：基于所述声波路径模型，设置声源与麦克风之间的相互作用实验，模拟声源沿差异化路径移动，收集声音数据，分析声音数据的变化，构建声源动态模拟数据；

6、s4：对所述声源动态模拟数据进行分析，调整麦克风的收集灵敏度，根据声波时间差和强度差计算声源位置，识别声源当前坐标，获取声源精度定位信息；

7、s5：基于所述声源精度定位信息，重新配置麦克风阵列，调整麦克风对声源的角度和距离，优化声波捕捉效率，得到优化后的配置方案；

8、s6：使用所述优化后的配置方案进行声源识别定位系统测试，测量声源的预测位置与实时位置的偏差，并确定校准策略，生成声源识别定位系统验证结果。

9、作为本发明的进一步方案，所述初始声学场景数据包括声音强度级别、声源方位角、声源与麦克风的距离，所述声波路径模型包括声波传播速度、声波传播路径几何形态、声波反射点坐标，所述声源动态模拟数据包括声源速度变化、声源方向变化、声源与麦克风的对应移动距离，所述声源精度定位信息包括声波到达时间差、声源最终确定坐标、声源定位误差范围，所述优化后的配置方案包括麦克风数量配置、麦克风布局优化、麦克风灵敏度调整，所述声源识别定位系统验证结果包括声源实时位置精度、声源位置预测与实时偏差、校准后系统性能提升。

10、作为本发明的进一步方案，在预定环境中部署环境声音采集设备，调整声源与环境交互参数，记录差异化声源条件下的声波传播数据，生成初始声学场景数据的步骤具体为：

11、s101：在预定环境中部署环境声音采集设备，根据声源位置和环境的声学特性调整设备的位置和方向，记录设备的设置参数，采集并保存环境中的原始声音数据，生成声源布局文件；

12、s102：采用所述声源布局文件中记录的参数，调节声源的频率和音量，模拟差异化环境交互的声学条件，监测声波的传播路径和行为，并记录声波在多种条件下的传播特性，生成声波行为记录；

13、s103：通过所述声波行为记录，分析声波的传播速度、方向和衰减情况，记录声波行为的变化并绘制声学场景，构建声学模拟的基础数据结构，生成初始声学场景数据。

14、作为本发明的进一步方案，基于所述初始声学场景数据，通过测量声波在多种障碍物环境下的反射角度和距离，对声波传播路径进行分析，并绘制声波传播的图像，建立声波路径模型的步骤具体为：

15、s201：基于所述初始声学场景数据，配置实验环境，将多种形状和材质的障碍物定位于测试区域，采用声波测量设备对每个障碍物发射声波并接收反射波，分别记录多障碍物的反射角度和距离数据，得到声波反射数据集；

16、s202：采用所述声波反射数据集，在声波传播图像绘制平台上输入声波频率和波速参数，对每个障碍物的声波传播路径进行视觉化处理，记录声波的直线传播和反射后的路径变化，生成声波传播图；

17、s203：基于所述声波传播图，在声学模拟环境中构建声波路径模型，输入障碍物位置和声波特性参数，模拟声波在目标环境中的传播过程，调整模型参数并匹配实时测量数据，构建声波路径模型。

18、作为本发明的进一步方案，基于所述声波路径模型，设置声源与麦克风之间的相互作用实验，模拟声源沿差异化路径移动，收集声音数据，分析声音数据的变化，构建声源动态模拟数据的步骤具体为：

19、s301：基于所述声波路径模型，在实验区配置声源和麦克风，通过测量并记录声源与麦克风的初始对应位置，调整声源沿预设路径动态移动的轨迹，同步调整麦克风的角度和距离并匹配声源的移动，生成声源配置及数据记录；

20、s302：基于所述声源配置及数据记录，启动声源按设定的路径动态移动，对每一位置的声音进行实时采集，记录声源在差异化位置时与麦克风的对应距离和角度，生成动态声源数据集；

21、s303：利用所述动态声源数据集，分析在多个位置的声音数据，包括声音的强度、频率参数的变动，记录声源在差异化环境条件下的声学表现，通过对声源移动影响的描述，生成源动态模拟数据。

22、作为本发明的进一步方案，对所述声源动态模拟数据进行分析，调整麦克风的收集灵敏度，根据声波时间差和强度差计算声源位置，识别声源当前坐标，获取声源精度定位信息的步骤具体为：

23、s401：基于所述声源动态模拟数据，调整麦克风的收集灵敏度，通过在控制环境中使用标准音源发出声波，逐步调节麦克风灵敏度参数，记录设定下麦克风的响应，获得调整后麦克风参数数据；

24、s402：基于所述调整后麦克风参数数据，对环境中的声源动态模拟数据进行声波收集，通过麦克风阵列捕捉声波的到达时间差和强度差，并进行差异记录，对每个声源发出点到麦克风的距离和方向进行计算，生成声源相对位置信息；

25、s403：利用所述声源相对位置信息，应用波束形成算法，对麦克风收集到的数据进行汇总，通过计算差异化麦克风的声波时间差和强度差，推断声源的坐标，构建声源精度定位信息。

26、作为本发明的进一步方案，所述波束形成算法的公式如下：

27、

28、其中，r为麦克风阵列接收到的声音信号的协方差矩阵，v为声波到达差异化麦克风的时延向量，α为调整环境噪声影响的系数，p为环境噪声压力级向量，β为信号稳定性权重系数，σ2为信号的方差，w表示加权向量。

29、作为本发明的进一步方案，基于所述声源精度定位信息，重新配置麦克风阵列，调整麦克风对声源的角度和距离，优化声波捕捉效率，得到优化后的配置方案的步骤具体为：

30、s501：基于所述声源精度定位信息，评估和配置麦克风阵列的布局，针对每个麦克风，根据声源的位置，调整麦克风的角度和距离，进行新麦克风位置和设置的记录，生成声源位置匹配记录；

31、s502：基于所述声源位置匹配记录，在实验场地重新配置每个麦克风到调整后的位置，利用角度测量工具和距离测量设备设定每个麦克风的方位和距离，记录每次调整的参数，生成麦克风位置调整记录；

32、s503：利用所述麦克风位置调整记录，对新配置的麦克风阵列进行声波捕捉效率的测试，测量和记录每个麦克风在新位置上的声波接收效率，并验证位置调整是否提升整体的声波捕捉性能，验证声源识别定位系统的性能，生成与优化后的配置方案。

33、作为本发明的进一步方案，使用所述优化后的配置方案进行声源识别定位系统测试，测量声源的预测位置与实时位置的偏差，并确定校准策略，生成声源识别定位系统验证结果的步骤具体为：

34、s601：基于所述优化后的配置方案，利用标准声源在实验室环境中进行声源位置预测测试，逐一调整声源的位置，同步记录声源识别定位系统预测的坐标，获取声源识别定位系统预测位置数据；

35、s602：基于所述声源识别定位系统预测位置数据，对每个数据点的预测位置与实时声源位置进行测量，通过专用工具计算实时位置与预测位置之间的线性和角度偏差，记录测试点的偏差值，通过分析偏差数据评估声源识别定位系统的精度，生成声源识别定位系统偏差分析结果；

36、s603：利用所述声源识别定位系统偏差分析结果，分析偏差的常见模式和原因，根据分析结果调整声源识别定位系统的灵敏度设置和信号处理参数，重新进行定位精度测试，验证调整的有效性，生成声源识别定位系统验证结果。

37、一种声源识别定位系统计量校准系统，所述声源识别定位系统计量校准系统用于执行上述声源识别定位系统计量校准方法，所述系统包括：

38、环境声学模拟模块在预定环境中部署环境声音采集设备，调整设备参数并匹配差异化声源交互效果，记录声源在变化环境条件下的声波传播数据，生成初始声学数据集；

39、声波路径分析模块从所述初始声学数据集中提取声波反射角度和距离信息，对声波在障碍物中的传播行为进行分析，通过参数化处理绘制声波路径图，创建声波路径依赖模型；

40、动态声源模拟模块利用所述声波路径依赖模型进行实验配置，模拟声源沿预设路径移动，分析数据并揭示声源的动态变化，建立动态声源数据模型；

41、声源位置优化模块应用所述动态声源数据模型调节麦克风的参数设置，通过声波时间差和强度差的计算定位声源位置，获取声源精度定位信息；

42、声源识别定位系统测试与验证模块根据所述声源精度定位信息优化麦克风阵列布局，对比声源的预测位置与实时位置的偏差，得到声源识别定位系统验证结果。

43、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

44、本发明中，通过在环境中测量声波的反射角度和距离来分析声波传播路径，能够对声波在障碍物间的行为进行更精确的模拟，这种细致的分析使得声波路径模型更加详尽，显著提升声源定位的准确性，通过模拟声源沿不同路径的移动并收集相关数据，可以深入理解声源与环境之间的交互关系，从而在调整麦克风配置时，使声源识别定位系统更好地适应环境变化。这种灵活调整麦克风收集灵敏度的方法不仅提高了数据采集的效率，还通过精确计算声源位置来减少定位误差，重新配置麦克风阵列并优化声波捕捉效率，提高方法的整体响应速度和精度，从而增强声源识别定位系统在多变环境下的表现力。