一種基于pir和傳聲器的四元復(fù)合陣列感知布局方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是在微型網(wǎng)絡(luò)化感知節(jié)點(diǎn)上研宄PIR陣列與傳聲器陣列的聯(lián)合布局方法，以達(dá)到最佳感知效果，屬于測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于PIR和傳聲器的四元復(fù)合陣列感知布局方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PIR是一種被動(dòng)式傳感器，與傳統(tǒng)的雷達(dá)探測(cè)相比，具有隱蔽性好，不易受到攻擊等許多優(yōu)點(diǎn)；并且與菲涅爾透鏡的搭配使用，大大擴(kuò)展了使用范圍。單個(gè)高性能、高方向性的麥克風(fēng)(傳聲器)在無噪聲、無混響的情況下，在距離聲源一定時(shí)，可以獲得高質(zhì)量的聲源信號(hào)。并且傳聲器陣列的聲源定位可以適應(yīng)現(xiàn)實(shí)中的復(fù)雜多變環(huán)境，有效地解決了環(huán)境引入大量的噪聲而導(dǎo)致拾取信號(hào)質(zhì)量下降的問題。也能夠?qū)δ繕?biāo)的方位角、俯仰角進(jìn)行精確的定向，進(jìn)而估計(jì)目標(biāo)的位置坐標(biāo)。
[0003]對(duì)于四元PIR傳感器組成的陣列，其探測(cè)感知目標(biāo)時(shí)，要求在其探測(cè)視場(chǎng)內(nèi)沒有遮蔽物，否則會(huì)造成信號(hào)采樣的缺失；對(duì)于四元傳聲器陣列，若在陣列內(nèi)有遮蔽物，會(huì)影響陣列孔徑的選擇，在合理范圍內(nèi)孔徑越小，干擾越大。這樣，在微型網(wǎng)絡(luò)化節(jié)點(diǎn)上，由于空間體積有限，兩種陣列復(fù)合時(shí)，必須考慮陣列大小和感知效果問題。因此非常需要一種能夠最大限度集合PIR陣列的快速發(fā)現(xiàn)預(yù)警與傳聲器陣列的精確定位的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而有效實(shí)現(xiàn)復(fù)合傳感器陣列的微型化的布局方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決目前在有限的空間下復(fù)合傳感器存在的空間布局相互干擾及感知效果不佳的技術(shù)問題，提供一種基于PIR和傳聲器的四元復(fù)合陣列感知布局方法。
[0005]本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種基于PIR和傳聲器的四元復(fù)合陣列感知布局方法，包括四元十字形PIR感知陣列以及四元傳聲器陣列；所述四元十字形PIR感知陣列包括四個(gè)人體探測(cè)器；所述人體探測(cè)器包括一個(gè)PIR傳感器以及與該P(yáng)IR傳感器相配的菲涅爾透鏡；四個(gè)人體探測(cè)器環(huán)繞一個(gè)中心點(diǎn)等間距排列，每個(gè)人體探測(cè)器的探頭均朝向外側(cè)，分別探測(cè)水平面上的四個(gè)方向；相鄰的兩個(gè)人體探測(cè)器的感知區(qū)域交叉后形成一個(gè)雙感知區(qū)域，四個(gè)人體探測(cè)器一共有四個(gè)雙感知區(qū)域；所述四元傳聲器陣列包括四個(gè)傳聲器，四個(gè)傳聲器分別設(shè)在四個(gè)雙感知區(qū)內(nèi)。
[0006]本發(fā)明的第一目的在于提供一種在微型網(wǎng)絡(luò)化感知節(jié)點(diǎn)上合理利用空間的方法，使PIR陣列與傳聲器陣列的復(fù)合在成為了可能。
[0007]本發(fā)明的第二目的在于提供一種基于PIR和傳聲器的四元復(fù)合陣列感知布局方法，使PIR陣列與傳聲器陣列在各自利用自身優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，不相互影響各自的感知功能，并且達(dá)到最佳的感知效果。
[0008]本發(fā)明的第三目的在于提供一種復(fù)合傳感器陣列的布局微型化的思路，對(duì)于如何減小體積并最大發(fā)揮傳感器的感知效果方面具有重大意義。
[0009]復(fù)合傳感器陣列感知工作原理為:PIR四元陣列是采用LH1-968雙元熱釋電紅外傳感器，搭配7608-15型菲涅爾透鏡，組成一個(gè)人體探測(cè)器，PIR傳感器的探頭即為人體傳感器的探頭(圖1所示)，其感知效果有特定的距離與感知角度范圍，其相互交叉部分有雙感知區(qū)域。四元傳聲器陣列采用駐極體自由場(chǎng)1/2英寸CHZ-213型傳聲器，對(duì)一定距離內(nèi)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)360°感知。若傳聲器陣列放入PIR陣列的感知范圍時(shí)，會(huì)對(duì)目標(biāo)的紅外信號(hào)產(chǎn)生遮擋，影響PIR接收目標(biāo)信號(hào)，進(jìn)而影響感知效果；若把PIR陣列放入傳聲器陣列的孔徑內(nèi)，也會(huì)對(duì)傳聲器接收聲源信息產(chǎn)生干擾，影響定位精度，而相對(duì)于前者，其影響效果較小，因?yàn)槁暡ū旧碛幸欢ǖ难苌淠芰?，能夠穿越障礙物。本發(fā)明主要研宄怎樣減小傳聲器陣列對(duì)PIR感知陣列的干擾，采用的方式是把傳聲器陣列放在PIR陣列的雙感知區(qū)內(nèi)，相互結(jié)合，集合了 PIR陣列的快速發(fā)現(xiàn)預(yù)警與傳聲器陣列的精確定位的優(yōu)點(diǎn)，而又不影響PIR的探測(cè)感知能力。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:PIR陣列與傳聲器陣列的優(yōu)化復(fù)合，解決了微型感知節(jié)點(diǎn)的空間受限問題；兩種陣列相互結(jié)合，互不干擾；能快速發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并能精確定位。該方案實(shí)現(xiàn)了 PIR陣列與傳聲器陣列的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，整體體積更小，實(shí)現(xiàn)起來更簡(jiǎn)單。
【附圖說明】
[0011]圖1 PIR傳感器與菲涅爾透鏡搭配使用示意圖一。
[0012]圖2 PIR傳感器與菲涅爾透鏡搭配使用示意圖二。
[0013]圖3 PIR陣列感知示意圖。
[0014]圖4傳聲器陣列感知示意圖。
[0015]圖5傳聲器陣列放置在PIR陣列感知區(qū)示意圖。
[0016]1-第一 PIR傳感器，2-第二 PIR傳感器，3_第三PIR傳感器，4_第四PIR傳感器，
5-菲涅爾透鏡，6-第一傳聲器，7-第二傳聲器，8-第三傳聲器，9-第四傳聲器，10-目標(biāo)，A-單感知區(qū)域，B-雙感知區(qū)域，C-感知盲區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]一種基于PIR和傳聲器的四元復(fù)合陣列感知布局方法，包括四元十字形PIR感知陣列以及四元傳聲器陣列；所述四元十字形PIR感知陣列包括四個(gè)人體探測(cè)器；所述人體探測(cè)器包括一個(gè)PIR傳感器以及與該P(yáng)IR傳感器相配的菲涅爾透鏡；四個(gè)人體探測(cè)器環(huán)繞一個(gè)中心點(diǎn)等間距排列，每個(gè)人體探測(cè)器的探頭均朝向外側(cè)，分別探測(cè)水平面上的四個(gè)方向；相鄰的兩個(gè)人體探測(cè)器的感知區(qū)域交叉后形成一個(gè)雙感知區(qū)域，四個(gè)人體探測(cè)器一共有四個(gè)雙感知區(qū)域；所述四元傳聲器陣列包括四個(gè)傳聲器，四個(gè)傳聲器分別設(shè)在四個(gè)雙感知區(qū)內(nèi)。
[0018]所述PIR傳感器采用LH1-968雙元熱釋電紅外傳感器，搭配7608-15型菲涅爾透鏡；傳聲器采用駐極體自由場(chǎng)1/2英寸CHZ-213型傳聲器。采用上述型號(hào)的裝置能夠很好地實(shí)現(xiàn)P1R陣列與傳聲器陣列的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，且整體體積更小。
[0019]四個(gè)傳聲器排成一個(gè)矩形陣列，矩形中心與四元十字形PIR感知陣列的中心點(diǎn)重合。如圖5中的陣列I。這種布局方式探測(cè)效果最佳，PIR陣列與傳聲器陣列的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)也達(dá)到最好。
[0020]本發(fā)明是一種研宄傳感器在有限空間內(nèi)的聯(lián)合布局方法，具體應(yīng)用時(shí)包括以下步驟。
[0021]1.PIR傳感器是一種被動(dòng)式人體紅外探測(cè)器，且采用雙源式探頭互補(bǔ)技術(shù)，對(duì)于環(huán)境中紅外光線的干擾，不會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)輸出。當(dāng)人體經(jīng)過探頭先后被a源或被b源感應(yīng)，Sa〈Sb或Sa>Sb產(chǎn)生差值，雙源失去互補(bǔ)平衡作用而很敏感地產(chǎn)生信號(hào)輸出。當(dāng)人對(duì)著探頭呈垂直狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，Sa=Sb不產(chǎn)生差值，無信號(hào)輸出(如圖1所示)。因此，探測(cè)器安裝的位置與人行走方向呈平行為宜。根據(jù)以上原理探頭與菲涅爾透鏡結(jié)合可以做成以下感應(yīng)方式的人體探測(cè)器。結(jié)合本發(fā)明中所用菲涅爾透鏡型號(hào)，探測(cè)示意圖如圖2所示。圖中感知區(qū)域范圍110°，感知距離為30m。
[0022]2.如圖3所示，利用四個(gè)PIR傳感器與四個(gè)菲涅爾透鏡5組成四元十字型PIR感知陣列，組成這樣的排列方式后就會(huì)產(chǎn)生以下三種區(qū)域:單感知區(qū)域A，雙感知區(qū)域B，以及感知盲區(qū)C (圖3中陰影部分所示)。而微型網(wǎng)絡(luò)化節(jié)點(diǎn)本身就很小，因此感知盲區(qū)是很小的，對(duì)于人員類型的感知目標(biāo)可以忽略不計(jì)。這樣就形成了一個(gè)全向360°的感知區(qū)域，只要目標(biāo)靠近傳感器陣列時(shí)，就能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。其中感知陣列理想要求是感知視場(chǎng)無遮蔽物。第一 PIR傳感器I與第三PIR傳感器3探頭的連線同第二 PIR傳感器2與第四PIR傳感器4探頭的連線相正交。
[0023]3.如圖4所示，利用四個(gè)傳聲器組成的方形十字陣列，對(duì)于聲源目標(biāo)經(jīng)過探測(cè)區(qū)域時(shí)，根據(jù)一定孔徑的傳聲器陣列通過時(shí)延算法計(jì)算出目標(biāo)的角度及距離陣列中心的距離。所述算法是本領(lǐng)域的公知算法。
[0024]4.把傳聲器陣列與PIR陣列復(fù)合在微型復(fù)合陣列上時(shí)，需要考慮傳聲器是有一定的高度，要盡可能的對(duì)PIR陣列的遮擋最小。復(fù)合的方式有3種，如圖5中的陣列1、陣列2、陣列3所示。像陣列2那樣的復(fù)合方式，會(huì)對(duì)PIR陣列的主探測(cè)視場(chǎng)造成較嚴(yán)重的遮擋；像陣列3那樣，放在PIR的感知盲區(qū)時(shí)，由于感知盲區(qū)的范圍比較小，勢(shì)必會(huì)減小傳聲器陣列的孔徑，孔徑越小，感知效果就不理想；像陣列I那樣，放置在PIR陣列的雙感知區(qū)內(nèi)，這樣就不會(huì)對(duì)傳聲器陣列的孔徑產(chǎn)生影響，還能對(duì)進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的目標(biāo)產(chǎn)生重疊感知，使復(fù)合的陣列達(dá)到最佳的感知效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于PIR和傳聲器的四元復(fù)合陣列感知布局方法，其特征在于，包括四元十字形PIR感知陣列以及四元傳聲器陣列；所述四元十字形PIR感知陣列包括四個(gè)人體探測(cè)器；所述人體探測(cè)器包括一個(gè)PIR傳感器以及與該P(yáng)IR傳感器相配的菲涅爾透鏡；四個(gè)人體探測(cè)器環(huán)繞一個(gè)中心點(diǎn)等間距排列，每個(gè)人體探測(cè)器的探頭均朝向外側(cè)，分別探測(cè)水平面上的四個(gè)方向；相鄰的兩個(gè)人體探測(cè)器的感知區(qū)域交叉后形成一個(gè)雙感知區(qū)域，四個(gè)人體探測(cè)器一共有四個(gè)雙感知區(qū)域；所述四元傳聲器陣列包括四個(gè)傳聲器，四個(gè)傳聲器分別設(shè)在四個(gè)雙感知區(qū)內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于PIR和傳聲器的四元復(fù)合陣列感知布局方法，其特征在于，所述PIR傳感器采用LH1-968雙元熱釋電紅外傳感器，搭配7608-15型菲涅爾透鏡；傳聲器采用駐極體自由場(chǎng)1/2英寸CHZ-213型傳聲器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于PIR和傳聲器的四元復(fù)合陣列感知布局方法，其特征在于，四個(gè)傳聲器排成一個(gè)矩形陣列，矩形中心與四元十字形PIR感知陣列的中心點(diǎn)重合。
【專利摘要】本發(fā)明屬于測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于PIR和傳聲器的四元復(fù)合陣列感知布局方法。解決了目前在有限的空間下復(fù)合傳感器存在的空間布局相互干擾及感知效果不佳的技術(shù)問題。一種基于PIR和傳聲器的四元復(fù)合陣列感知布局方法，包括四元十字形PIR感知陣列以及四元傳聲器陣列；所述四元十字形PIR感知陣列包括四個(gè)人體探測(cè)器；四個(gè)人體探測(cè)器環(huán)繞一個(gè)中心點(diǎn)等間距排列，每個(gè)人體探測(cè)器的探頭均朝向外側(cè)，分別探測(cè)水平面上的四個(gè)方向；所述四元傳聲器陣列包括四個(gè)傳聲器，四個(gè)傳聲器分別設(shè)在四個(gè)雙感知區(qū)內(nèi)。本發(fā)明通過PIR陣列與傳聲器陣列的優(yōu)化復(fù)合，解決了微型感知節(jié)點(diǎn)的空間受限問題；兩種陣列相互結(jié)合，互不干擾；能快速發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并能精確定位。
【IPC分類】G01V11-00
【公開號(hào)】CN104749654
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510176245
【發(fā)明人】楊衛(wèi), 張文棟, 劉前進(jìn), 侯爽, 王澤兵, 趙迪, 徐勝, 金曉會(huì), 王淑平, 鄭建生, 鄧立齊
【申請(qǐng)人】中北大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月15日