一种移动声源定位系统及定位方法与流程

本发明涉及设计电子技术领域，具体涉及一种移动声源定位系统及定位方法。

背景技术：

声源定位技术是利用声学与电子装置接受声波以确定声源位置的一种特殊技术，它也是一种重要的军事侦察手段，其系统有多个声音测量站与声测中心组成，声音测量站根据传感器接受信号，声测中心记录信号并根据同一信号到达不同传感器的时间差来计算声源的位置。后来随着雷达侦测技术的兴起，声源定位技术遭到冷落，近年来，由于雷达面临着电子干扰、反辐射导弹、低空突防和隐身技术这四大威胁，越来越容易遭受到攻击。

声音是人类常用的工具，也是传递和获取信息非常重要的一种手段，不同物体往往会发出特有的声音，而根据物体发出的声音，就可以判断出物体的方位，现有的声源定位装置通常需要数量较多的声音采集装置(麦克风等)，使得其体积较大，便携性较差。

技术实现要素：

本发明的目的是解决声源信号检测困难，声音接收装置安装矫正不便的问题，提出了一种移动声源定位系统及定位方法，本技术方案通过设置有球形结构，便于声音的接收，设置信号处理电路可以检测到特定频率的信号，定位更准确。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种移动声源定位系统，包括有声源接收装置、远程终端以及声源装置；

声源接收装置：用于接受声源装置发出的特定频率是声音信号，与远程终端通讯连接；

声源装置：用于发出特定频率点的声音信号；

远程终端：用于声音信号的处理、计算，对声源进行定位。

本方案中，四个声源接收装置组成一个矩形区域，可以通过每个声源接收装置内的gps定位传感器进行定位，从而矫正声源接收装置的摆放位置，可以使得布局的矩形区域范围更大，声源装置发出特定频率的声音信号，声源接收装置接收声音信号，信号经过信号处理电路处理传送给控制模块，控制模块将接收信号和生成的时间戳信息以报文的形式通过通讯模块传送给远程终端，远程终端通过对信息进行处理，显示屏显示模拟矩形区域，计算得到声源装置的方位信息。

所述的声源接收装置包括有球形罩和底座，所述球形罩与底座通过支架固定连接，所述球形罩周面上设置有若干均分布的孔隙。本方案中，设置具有孔隙的球形罩结构，方便声音信号的采集。

所述的球形罩内设置有声音接收器、定位模块、通讯模块、主控模块以及电源模块，所述电源模块、通讯模块以及定位模块分别与所述主控模块电连接，所述主控模块包括有所述的fpga模块和pcb板，所述pcb板上焊接有信号处理电路，所述声音接收器的输出端与信号处理电路的信号输入端电连接，信号处理电路的输出端与fpga模块电连接。本方案中，信号处理电路处理声音接收器接收到的声音信号，经过信号的放大、滤波以及比较输出得到特定频率的声音信号，fpga对信号进行处理和存储，fpga是自由度高的芯片，其在时钟上要比单片机灵活的多，可并行执行在速度上也有一定的优势，抗干扰能力也较强，因为此系统利用时差法来定位的，其测得的时间较短为毫秒级甚至更小，在计数时，采样频率要求很高，精度和速度要求也较高。

所述的信号处理电路包括有信号放大电路、滤波电路以及信号比较电路；所述的放大电路包括电阻r1，电阻r1的第一端与声音接收器km1的正极端电连接，声音接收器km1的负极端接地，电阻r1的第二端与电源电连接，电阻r1的第一端与电容c1的第一端电连接，电容c1的第二端与三极管q1的基极端电连接，三极管q1的基极端与电阻r3的第一端电连接，电阻r3的第二端与电容c2的第一端电连接，电容c2的第二端与滤波电路的输入端电连接，三极管q1的集电极端与电阻r2的第一端电连接，电阻r2的第二端与电阻r1的第二端电连接，三极管q1的发射级接地；所述的滤波电路包括有电阻r4，电阻r4的第一端与放大电路的输出端电连接，电阻r4的第二端与电容c4的第一端电连接，电容c4的第二端与运算放大器u1的反向输入端电连接，运算放大器u1的正向输入端与电容c5的第一端电连接，电容c5的第二端接地，电容c5的第一端与电阻r8的第一端电连接，电阻r8的第二端与电源电连接，电阻r8的第一端与电阻r7的第一端电连接，电阻r7的第二端与电容c5的第二端电连接，电容ccd的第二端与电阻r5的第一端电连接，电阻r5的第二端与电容c2点的第一端电连接，电容c2的第二端与电阻r6的第一端电连接，电阻r6的第二端与电容c4的第二端电连接，电阻r6的第一端与运算放大器u1的输出端电连接，运算放大器u1的输出端与信号比较电路的输出端电连接；所述的信号比较电路包括有运算放大器u2，运算放大器u2的反向输入端与滤波电路的输出端电连接，运算放大器u2的正向输入端与滑动变阻器r10的滑动端电连接，滑动变阻器r10的第一端接电源，滑动变阻器r10的第二端接地，运算放大器u2的电源正极端与电容c6的第一端电连接，电容c6的第二端接地，电容c6的第一端与电阻r9的第一端电连接，电阻r9的第二端与运算放大器u2的输出端电连接，运算放大器的输出端与主控模块电连接。本方案中，由于声音接收器接收到的信号在不经过放大时信号比较小，不容易检测，故后级利用三级管放大将接收的信号进行放大处理，而且电路中通过rc电路可以把集电极中电流的变化转换成电压的变化然后送到输出端；根据声音接收装置要求只有当接收到的信号频率为500hz左右时，从而才能保证接收到的信号是由声源模块发出的。而声音接收装置中声音接收器接收到的声音信号是任意频率的，故后级要进行滤波处理，滤波采用的是二阶带通滤波器，通过电容电阻的匹配，最终使滤波器的中心频率为500hz，带宽为50hz，声音接收器接收到的信号经过带通滤波器后，能够将发声模块发出的声音信号滤出；通过二阶有源带通滤波器滤波后的信号仍为正弦波，但该信号不便于信息处理模块fpga模块进行处理，故在滤波器后级加入了一级lm324比较器，其基本功能是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平，并由此来判断输入信号的大小，从带通滤波器中输出的信号的幅值为4v以上，故将比较器的比较端给的比较电压设定为1v左右，这样当输出的信号是频率为500hz的方波，幅值电平为高电平，能够用fpga模块进行检测。

作为优选，所述的定位模块采用gps定位模块。本方案中，gps定位模块定位准确。

作为优选，所述的通讯模块采用gprs模块或gsm模块中的一种。本方案中，采用gprs模块或gsm模块是基于这两种模块功耗低和数据传输稳定的特点。

作为优选，所述的电源模块采用干电池或锂电池中的一种。本方案中，采用干电池或锂电池是基于这两种供电方式成本低，更换方便。

一种定位方法适合所述一种移动声源定位系统，包括如下步骤：

s1、远程终端接受声音接受装置的gps定位信号，显示位置信息，安装人员根据位置信息矫正四个声音接受装置的排放位置，使其组成一个矩形，远程终端显示器模拟显示矩形区域；

s2、远程终端计算矩形的边长；

s3、声源装置置于矩形区域内，发出特定频率的声音信号；

s4、四个声音接受装置分别接受声音信号，经过处理，将声音信号以及时间戳信息以报文的形式发送给远程终端；

s5、远程终端对接受的信息进行计算处理，得出声源装置的位置信息，远程终端显示器模拟显示声源装置的位置信息。

本发明的有益效果：1、本方案中，四个声音接收装置阵列排列，形成一个矩形区域，声源装置置于矩形区域中，声音接收模块通过导线将声音信号传输到信息处理模块，声音定位系统根据声源模块通过空气传播到各声音接收模块的声音信号的时差，经过比较完善的算法可得声源的坐标，即可进行声源定位；2、每个声源接收装置内的gps定位传感器进行定位，从而矫正声源接收装置的摆放位置，可以使得布局的矩形区域范围更大。3、声音接收装置设置有球面孔隙的球星结构，方便声音的接收；4、声音接收装置内部设置有信号处理电路，可以对特定频率的声音进行识别，提高定位系统的准确性。5、远程终端通过对信息进行处理，显示屏显示模拟矩形区域，计算得到声源装置的方位信息，可以在线模拟显示声源装置的位置信息。

附图说明

图1为本发明的一种移动声源定位系统及定位方法的系统框图。

图2为本发明的一种移动声源定位系统及定位方法的声源接收装置结构图。

图3为本发明的一种移动声源定位系统及定位方法的信号处理电路图。

图4为本发明的一种移动声源定位系统及定位方法的系统定位思路简图。

图中标记说明：1-声源装置，2-声音接收器，3-信号处理电路，4-fpga模块，5-通讯模块，6-电源模块，7-定位模块，8-远程终端，31-信号放大电路，32-滤波电路，33-信号比较电路。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图2所示，一种声源接收装置结构图，由球形罩和底座组成，球形罩与底座通过支架固定连接，球形罩周面上设置有若干均分布的孔隙，方便声音信号的接收，如图1所示，球形罩内设置有声音接收器2、定位模块7、通讯模块5、信号处理电路3、fpga模块4以及电源模块6，电源模块6采用干电池或锂电池中的一种给fpga模块4供电，通讯模块5以及定位模块7分别与所述主控模块电连接，通讯模块5采用gprs模块或gsm模块中的一种，定位模块7采用gps定位模块7，声音接收器2的输出端与信号处理电路3的信号输入端电连接，信号处理电路3的输出端与fpga模块4电连接。四个声源接收装置组成一个矩形区域，可以通过每个声源接收装置内的gps定位传感器进行定位，从而矫正声源接收装置的摆放位置，可以使得布局的矩形区域范围更大，声源装置1发出特定频率的声音信号，声源接收装置接收声音信号，信号经过信号处理电路3处理传送给控制模块，控制模块将接收信号和生成的时间戳信息以报文的形式通过通讯模块5传送给远程终端8，远程终端8通过对信息进行处理，显示屏显示模拟矩形区域，计算得到声源装置1的方位信息。

如图3所示，为声音信号处理电路3图，由信号放大电路31、滤波电路32以及信号比较电路33组成；信号放大电路31包括电阻r1，电阻r1的第一端与声音接收器2km1的正极端电连接，声音接收器2km1的负极端接地，电阻r1的第二端与电源电连接，电阻r1的第一端与电容c1的第一端电连接，电容c1的第二端与三极管q1的基极端电连接，三极管q1的基极端与电阻r3的第一端电连接，电阻r3的第二端与电容c2的第一端电连接，电容c2的第二端与滤波电路32的输入端电连接，三极管q1的集电极端与电阻r2的第一端电连接，电阻r2的第二端与电阻r1的第二端电连接，三极管q1的发射级接地；滤波电路32包括有电阻r4，电阻r4的第一端与放大电路的输出端电连接，电阻r4的第二端与电容c4的第一端电连接，电容c4的第二端与运算放大器u1的反向输入端电连接，运算放大器u1的正向输入端与电容c5的第一端电连接，电容c5的第二端接地，电容c5的第一端与电阻r8的第一端电连接，电阻r8的第二端与电源电连接，电阻r8的第一端与电阻r7的第一端电连接，电阻r7的第二端与电容c5的第二端电连接，电容ccd的第二端与电阻r5的第一端电连接，电阻r5的第二端与电容c2点的第一端电连接，电容c2的第二端与电阻r6的第一端电连接，电阻r6的第二端与电容c4的第二端电连接，电阻r6的第一端与运算放大器u1的输出端电连接，运算放大器u1的输出端与信号比较电路33的输出端电连接；信号比较电路33包括有运算放大器u2，运算放大器u2的反向输入端与滤波电路32的输出端电连接，运算放大器u2的正向输入端与滑动变阻器r10的滑动端电连接，滑动变阻器r10的第一端接电源，滑动变阻器r10的第二端接地，运算放大器u2的电源正极端与电容c6的第一端电连接，电容c6的第二端接地，电容c6的第一端与电阻r9的第一端电连接，电阻r9的第二端与运算放大器u2的输出端电连接，运算放大器的输出端与主控模块电连接。本实施例中，由于声音接收器2接收到的信号在不经过放大时信号比较小，不容易检测，故后级利用三级管放大将接收的信号进行放大处理，而且电路中通过rc电路可以把集电极中电流的变化转换成电压的变化然后送到输出端；根据声音接收装置要求只有当接收到的信号频率为500hz左右时，从而才能保证接收到的信号是由声源模块发出的。而声音接收装置中声音接收器2接收到的声音信号是任意频率的，故后级要进行滤波处理，滤波采用的是二阶带通滤波器，通过电容电阻的匹配，最终使滤波器的中心频率为500hz，带宽为50hz，声音接收器2接收到的信号经过带通滤波器后，能够将发声模块发出的声音信号滤出；通过二阶有源带通滤波器滤波后的信号仍为正弦波，但该信号不便于信息处理模块fpga模块4进行处理，故在滤波器后级加入了一级lm324比较器，其基本功能是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平，并由此来判断输入信号的大小，从带通滤波器中输出的信号的幅值为4v以上，故将比较器的比较端给的比较电压设定为1v左右，这样当输出的信号是频率为500hz的方波，幅值电平为高电平，能够用fpga模块4进行检测。

一种移动声源定位系统的定位方法，包括如下步骤：

s1、远程终端8接受声音接受装置的gps定位信号，显示位置信息，安装人员根据位置信息矫正四个声音接受装置的排放位置，使其组成一个矩形，四个声源接收装置的位置分别为a、b、c、d，远程终端8显示器模拟显示矩形区域；

s2、远程终端8计算矩形的边长；

s3、声源装置1置于矩形区域内，发出特定频率的声音信号；

s4、四个声音接受装置分别接受声音信号，经过处理，将声音信号以及时间戳信息以报文的形式发送给远程终端8；

s5、远程终端8对接受的信息进行计算处理，得出声源装置1的位置信息，远程终端8显示器模拟显示声源装置1的位置信息。

声源装置1的位置的具体计算过程，如图4所示，四个声源接收装置的位置分别为a、b、c、d，声源装置1的位置为o，声源装置1到a点的距离为da，声源装置1到b点的距离为db，声源装置1到a点的距离为dc，声源装置1到a点的距离为dd，a点接收到声音信号的时间为ta，b点接收到声音信号的时间为tb，c点接收到声音信号的时间为tc，d点接收到声音信号的时间为td，所以da、db、dc、dd的根据如下公式计算：

其中，da、db、dc、dd的单位为米，ta、tb、tc、td的单位为秒。

定义模拟矩形区域的a点到b点的直线距离为x，a点到d点的直线距离为y，其中x和y的距离可以根据gps传感器测得的值计算得到，单位为m。以a为坐标原点，设定声源装置1的位置坐标为o(x1，y1)；声源装置1到ad边的垂直距离为x1，声源装置1到bc边的垂直距离为x2，声源装置1到ab边的垂直距离为y1，声源装置1到cd边的垂直距离为y2，可知：

x＝x1+x2

y＝y1+y2

根据计算可知：

根据上式可以求出x1和y1，即得到声源装置1的位置坐标o(x1,y1)。

以上所述之具体实施方式为本发明一种移动声源定位系统及定位方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。