一種適合人體聽覺認知的聽音辨向的方法
【專利摘要】一種適合人體聽覺認知的聽音辨向的方法，將超聲波回聲脈沖方位向可聽聲頻的轉(zhuǎn)化。適用于超聲波探測領(lǐng)域，如超聲波導(dǎo)盲、超聲波倒車?yán)走_等設(shè)備。按觀測范圍將空間方位分段，對檢測到回聲的方位段，采用一定脈沖寬度的可聽聲頻的單頻信號替換，其包絡(luò)采用所檢測到的脈沖包絡(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)的可聽聲等間隔劃分方法，該十倍頻程包含三個頻段：10?100Hz，100?1kHz，1kHz?10kHz。
【專利說明】
一種適合人體聽覺認知的聽音辨向的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 該技術(shù)應(yīng)用于超聲波探測領(lǐng)域，如超聲波導(dǎo)盲、超聲波倒車?yán)走_、超聲波測距測向 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，汽車倒車也需 要采用超聲波倒車?yán)走_探測障礙物的距離與方位。目前的導(dǎo)盲產(chǎn)品和倒車?yán)走_產(chǎn)品具備測 向功能的較少，而具備該功能的產(chǎn)品通常采用語音提示的方法表明障礙物的方向。當(dāng)導(dǎo)盲 儀和倒車?yán)走_面臨多個障礙物的時候，系統(tǒng)報出多個物體的方位困難，只能給出最近物體 的方位信息。語音提示在多個障礙物情況下會顯得非?；靵y，不利于人耳的認知反應(yīng)。如 何讓盲人或者汽車駕駛?cè)藛T快速有效的通過聽覺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：一個超聲波發(fā)射器發(fā)射的超聲波信號遇到物體后反射，采用兩個超 聲波接收器接收，見圖1。物體回聲到達兩個接收器的相位不同，與物體和接收器法線的相 對方位相關(guān)。人耳難以通過相位感知準(zhǔn)確獲取物體的方位。本發(fā)明將檢測到的脈沖回聲方 位進行量化分段的方法，每段方位對應(yīng)一個某一頻率的脈沖音頻信號，采用脈沖頻率標(biāo)識 該方位存在一個回聲?；芈暤姆韧ㄟ^提取回聲包絡(luò)完成計算，變換后的脈沖單音頻聲音 的大小與回聲的強度成正比，從而標(biāo)識回聲的聲強。將該種變換的原理詳細分析如下：
[0004] 1.回聲方向的測量原理
[0005] 超聲波探測設(shè)備發(fā)射信號為s (t)，t為時間變量。當(dāng)存在兩個超聲波接收器，兩路 回聲信號分別為Xl (t)、x2 (t)，兩路信號之間的相位差可通過回聲信號計算得到
[0006] u(t) = [x, (/)x* (0] /[x, (t)x* (0] (1)
[0007] 相位差
(2)
[0009] 式中atan[ ?]表示求取信號的反正切運算，imag[ ?]表示求取信號的虛部， real[ ?]表示求取信號的實部。由圖1可得
(3)
[0011] 式中f表示信號頻率，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兩個表達式即可求得回聲的到達角。
[0014] 信號Xl (t)和x2(t)等都可以寫成復(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)為信號的同相分量，x1Q(t)為正交分量，信號的包絡(luò)采用下式求解
(6)
[0018] 2.回聲的過門限檢測
[0019] 當(dāng)信號的包絡(luò)滿足
[0020] A(t) > n (7)
[0021] n為某一常數(shù)，為檢測的門限。則判斷存在脈沖回聲，否則不存在脈沖回聲。
[0022] 3.觀測方向與頻率的對應(yīng)方法
[0023] 將觀測方向空域分為N等份，對應(yīng)于角度0 pi = 1，2,…，N-1。上述觀測空間的 N個角度對應(yīng)可聽頻域的N個頻率fpi = 1，2,…，N-1，見圖3?？陕狀l率信號指的是小于 20KHz頻率的信號。采用10-100Hz，100-1000Hz，1000-10000HZ三個十倍頻程的每個頻程內(nèi) 按頻率等間隔取頻率信號。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個等頻率區(qū)間間隔，間隔為100Hz ;同 時，在lkHz-lOkHz范圍內(nèi)等間隔劃分10個區(qū)間，每個區(qū)間間隔1kHz。
[0024] 4.角度的判斷方法
[0025] 人耳可聽音頻中選擇音頻A，定義脈沖寬度為T，即生成脈沖寬度為T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
[0028] z{t) = 4 (0 exp[(2^/；/ + <p)],0<t<T (9)
[0029] 式（9)即是送至人耳的收聽信號，通過聽取該信號判斷信號的對應(yīng)方位0 p
【附圖說明】
[0030] 圖1為超聲波障礙物測量原理。圖2為觀測覆蓋空間的劃分。圖3為頻率與角度 的對應(yīng)關(guān)系。
【具體實施方式】
[0031] 觀測空域信號方位為±10°，分為2° -個空域，共10個分區(qū)，每個分區(qū)對應(yīng)一個 可聽域單頻信號：1〇個單頻信號頻率分別為：
[0032] 600Hz, 700Hz, 800Hz,900Hz,1kHz,2kHz,3kHz,4kHz,5kHz,6kHz 〇
[0033] 當(dāng)判定一個回波信號處于某一個角度，如-9°，則對應(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應(yīng)關(guān)系
[0035]
【主權(quán)項】
1. 一種適用于超聲波導(dǎo)盲或倒車?yán)走_的人耳感知多障礙物的超聲波回聲方向向可聽 聲頻的轉(zhuǎn)化方法。其特征在于按觀測空間方位范圍將方位分段，對檢測到回聲的方向段，采 用一定脈沖寬度的可聽聲頻的單頻信號表征。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)的可聽聲等間隔劃分方法，該十倍頻程包含三個頻段：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回聲方位轉(zhuǎn)化方法，其特征在 于，表征方向的單頻信號包絡(luò)，取自于原回聲信號的包絡(luò)。
【文檔編號】G01S15/06GK105891807SQ201410591998
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年10月27日
【發(fā)明人】王峰
【申請人】王峰