一種適合人體聽(tīng)覺(jué)認(rèn)知的聽(tīng)音辨向的方法
【專利摘要】一種適合人體聽(tīng)覺(jué)認(rèn)知的聽(tīng)音辨向的方法，將超聲波回聲脈沖方位向可聽(tīng)聲頻的轉(zhuǎn)化。適用于超聲波探測(cè)領(lǐng)域，如超聲波導(dǎo)盲、超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)等設(shè)備。按觀測(cè)范圍將空間方位分段，對(duì)檢測(cè)到回聲的方位段，采用一定脈沖寬度的可聽(tīng)聲頻的單頻信號(hào)替換，其包絡(luò)采用所檢測(cè)到的脈沖包絡(luò)替換。替換脈沖頻率在人耳可感受的脈沖頻率之內(nèi)，小于20kHz，大于10Hz。采用在每十倍頻程內(nèi)的可聽(tīng)聲等間隔劃分方法，該十倍頻程包含三個(gè)頻段：10?100Hz，100?1kHz，1kHz?10kHz。
【專利說(shuō)明】
一種適合人體聽(tīng)覺(jué)認(rèn)知的聽(tīng)音辨向的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 該技術(shù)應(yīng)用于超聲波探測(cè)領(lǐng)域，如超聲波導(dǎo)盲、超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)、超聲波測(cè)距測(cè)向 等設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲波導(dǎo)盲設(shè)備是盲人出行感知物體距離與方位的重要輔助設(shè)備，汽車(chē)倒車(chē)也需 要采用超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)探測(cè)障礙物的距離與方位。目前的導(dǎo)盲產(chǎn)品和倒車(chē)?yán)走_(dá)產(chǎn)品具備測(cè) 向功能的較少，而具備該功能的產(chǎn)品通常采用語(yǔ)音提示的方法表明障礙物的方向。當(dāng)導(dǎo)盲 儀和倒車(chē)?yán)走_(dá)面臨多個(gè)障礙物的時(shí)候，系統(tǒng)報(bào)出多個(gè)物體的方位困難，只能給出最近物體 的方位信息。語(yǔ)音提示在多個(gè)障礙物情況下會(huì)顯得非?；靵y，不利于人耳的認(rèn)知反應(yīng)。如 何讓盲人或者汽車(chē)駕駛?cè)藛T快速有效的通過(guò)聽(tīng)覺(jué)感知到多障礙物的方位非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明原理：一個(gè)超聲波發(fā)射器發(fā)射的超聲波信號(hào)遇到物體后反射，采用兩個(gè)超 聲波接收器接收，見(jiàn)圖1。物體回聲到達(dá)兩個(gè)接收器的相位不同，與物體和接收器法線的相 對(duì)方位相關(guān)。人耳難以通過(guò)相位感知準(zhǔn)確獲取物體的方位。本發(fā)明將檢測(cè)到的脈沖回聲方 位進(jìn)行量化分段的方法，每段方位對(duì)應(yīng)一個(gè)某一頻率的脈沖音頻信號(hào)，采用脈沖頻率標(biāo)識(shí) 該方位存在一個(gè)回聲。回聲的幅度通過(guò)提取回聲包絡(luò)完成計(jì)算，變換后的脈沖單音頻聲音 的大小與回聲的強(qiáng)度成正比，從而標(biāo)識(shí)回聲的聲強(qiáng)。將該種變換的原理詳細(xì)分析如下：
[0004] 1.回聲方向的測(cè)量原理
[0005] 超聲波探測(cè)設(shè)備發(fā)射信號(hào)為s (t)，t為時(shí)間變量。當(dāng)存在兩個(gè)超聲波接收器，兩路 回聲信號(hào)分別為Xl (t)、x2 (t)，兩路信號(hào)之間的相位差可通過(guò)回聲信號(hào)計(jì)算得到
[0006] u(t) = [x, (/)x* (0] /[x, (t)x* (0] (1)
[0007] 相位差
(2)
[0009] 式中atan[ ?]表示求取信號(hào)的反正切運(yùn)算，imag[ ?]表示求取信號(hào)的虛部， real[ ?]表示求取信號(hào)的實(shí)部。由圖1可得
(3)
[0011] 式中f表示信號(hào)頻率，d為兩傳感器間隔距離，0為障礙物回聲方向角，c為波的 傳播速度，由（2) (3)兩式得到
(4)
[0013] 式中asin[ ?]為反正弦函數(shù)。由⑵和⑷兩個(gè)表達(dá)式即可求得回聲的到達(dá)角。
[0014] 信號(hào)Xl (t)和x2(t)等都可以寫(xiě)成復(fù)數(shù)形式，以Xl (t)為例解釋如下：
[0015] xn (t)+j ? x1Q(t) (5)
[0016] 式中，x"(t)為信號(hào)的同相分量，x1Q(t)為正交分量，信號(hào)的包絡(luò)采用下式求解
(6)
[0018] 2.回聲的過(guò)門(mén)限檢測(cè)
[0019] 當(dāng)信號(hào)的包絡(luò)滿足
[0020] A(t) > n (7)
[0021] n為某一常數(shù)，為檢測(cè)的門(mén)限。則判斷存在脈沖回聲，否則不存在脈沖回聲。
[0022] 3.觀測(cè)方向與頻率的對(duì)應(yīng)方法
[0023] 將觀測(cè)方向空域分為N等份，對(duì)應(yīng)于角度0 pi = 1，2,…，N-1。上述觀測(cè)空間的 N個(gè)角度對(duì)應(yīng)可聽(tīng)頻域的N個(gè)頻率fpi = 1，2,…，N-1，見(jiàn)圖3?？陕?tīng)頻率信號(hào)指的是小于 20KHz頻率的信號(hào)。采用10-100Hz，100-1000Hz，1000-10000HZ三個(gè)十倍頻程的每個(gè)頻程內(nèi) 按頻率等間隔取頻率信號(hào)。所謂十倍頻程等間隔劃分是指10-lOOHz，100-lkHz，lkHz-lOkHz 等頻段內(nèi)分別等間隔劃分。比如100-lkHz內(nèi)劃分10個(gè)等頻率區(qū)間間隔，間隔為100Hz ;同 時(shí)，在lkHz-lOkHz范圍內(nèi)等間隔劃分10個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間間隔1kHz。
[0024] 4.角度的判斷方法
[0025] 人耳可聽(tīng)音頻中選擇音頻A，定義脈沖寬度為T(mén)，即生成脈沖寬度為T(mén)的單頻正弦 波
[0026] y(〇 = exp[J(2^f/ + <p)],Q <t <T (8)
[0027] 式中為$初相。加入收到的回波的幅度，得到合成信號(hào)
[0028] z{t) = 4 (0 exp[(2^/；/ + <p)],0<t<T (9)
[0029] 式（9)即是送至人耳的收聽(tīng)信號(hào)，通過(guò)聽(tīng)取該信號(hào)判斷信號(hào)的對(duì)應(yīng)方位0 p
【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1為超聲波障礙物測(cè)量原理。圖2為觀測(cè)覆蓋空間的劃分。圖3為頻率與角度 的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 觀測(cè)空域信號(hào)方位為±10°，分為2° -個(gè)空域，共10個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè) 可聽(tīng)域單頻信號(hào)：1〇個(gè)單頻信號(hào)頻率分別為：
[0032] 600Hz, 700Hz, 800Hz,900Hz,1kHz,2kHz,3kHz,4kHz,5kHz,6kHz 〇
[0033] 當(dāng)判定一個(gè)回波信號(hào)處于某一個(gè)角度，如-9°，則對(duì)應(yīng)輸出頻率600Hz。判斷間隔 設(shè)置為如表1所示。
[0034] 表1空間角度與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系
[0035]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于超聲波導(dǎo)盲或倒車(chē)?yán)走_(dá)的人耳感知多障礙物的超聲波回聲方向向可聽(tīng) 聲頻的轉(zhuǎn)化方法。其特征在于按觀測(cè)空間方位范圍將方位分段，對(duì)檢測(cè)到回聲的方向段，采 用一定脈沖寬度的可聽(tīng)聲頻的單頻信號(hào)表征。2. 如權(quán)利要求1所述的人耳感知多障礙物的超聲波探測(cè)回聲方位轉(zhuǎn)化方法，其特征在 于所采用的替換脈沖頻率在人耳可感受的脈沖頻率之內(nèi)，小于20kHz，大于10Hz。采用在 每十倍頻程內(nèi)的可聽(tīng)聲等間隔劃分方法，該十倍頻程包含三個(gè)頻段：l〇-l〇〇Hz，10〇-lkHz， IkHz-IOkHz。3. 如權(quán)利要求1所述的人耳感知多障礙物的超聲波探測(cè)回聲方位轉(zhuǎn)化方法，其特征在 于，表征方向的單頻信號(hào)包絡(luò)，取自于原回聲信號(hào)的包絡(luò)。
【文檔編號(hào)】G01S15/06GK105891807SQ201410591998
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年10月27日
【發(fā)明人】王峰
【申請(qǐng)人】王峰