一种智能化果林鸟害防治设备及其鸟类定位方法

专利主权项内容

1.一种智能化果林鸟类定位方法，基于智能化果林鸟害防治设备实现，所述智能化果林鸟害防治设备包括控制模块、麦克风阵列模块、扬声器、无线网络模块以及与无线网络模块连接的终端；所述麦克风阵列模块、扬声器、无线网络模块分别与控制模块连接；还包括与控制模模块连接的V3S处理器，所述扬声器、无线网络模块分别通过V3S处理器与控制模块连接；还包括与V3S处理器连接的爆闪灯；所述控制模块包括FPGA模块以及与FPGA模块连接的储存模块；所述V3S处理器、麦克风阵列模块分别与FPGA模块连接；其特征在于：控制模块采集到信号后通过滤波器进行滤波去噪改善分辨率；采用时频分析、短时傅里叶变换，提取识别声源信息；具体包括以下步骤：步骤S1：麦克风阵列设计：步骤S2：麦克风阵列模块采集声源信息，并进行声源信号分帧加窗处理；步骤S3：时延估计：采用退化分离估计算法分离多个声源信号；步骤S4：利用麦克风阵列模块进行延时定位；所述步骤S1具体是指：以麦克风阵列系统中心为原点建立笛卡尔坐标系，根据时间延时关系得到最快接收到声源信号的点；已知n个麦克风坐标M＝(x, y, z), i＝1, 2, ...n，设定声源点的声音在空气中传播速ν；设定声波为平面波，声源单位平面传播向量iiii上述求得的第一个麦克风与第二个麦克风之间的时间关系μ，其参数τ；由时间延时关系可以得出：1由式(1)得出向量的坐标形式为：v×μ＝a(x-x)+b(y-y)+c(z-z) (2)；1212121通过任意3个不同点即可列出方程组：v×μ＝a(x-x)+b(y-y)+c(z-z)1212121v×μ＝a(x-x)+b(y-y)+c(z-z)2313131v×μ＝a(x-x)+b(y-y)+c(z-z) (3)；3323232将上式写成矩阵的形式：通过矩阵算法解出方程组中的向量不同的声源单位平面传播向量经过单位化后为：且/>令单位向量为/>利用最小二乘法原理，得到单位向量/>的最小值与所有/>的距离；即：单位向量/>最小值为：所有的距离为：通过牛顿迭代法对方程式(6)求解，即得A，B，C，三个数值；即：从而得出单位向量的值，所得出的单位向量/>即为声源的相对于麦克风阵列中心的方向；所述步骤S2具体包括以下步骤：步骤S21：利用可移动的有限长度窗口进行加权实现；对声源信号采用汉明窗加权窗口长度取决于采样周期，窗口长度以及频率分辨率；得出其中，采样周期为T＝1/f；xx窗口长度为N；频率分辨率为Δf；加窗后的信号为S(n)＝ω(n)s(n)；其中ω(n)为窗函数；s(n)为信号；步骤S22：采用汉明窗处理，处理后的窗函数如下：其中式中M为帧长；所述步骤S3具体是指：将两路声源信号经过加窗傅里叶变换后的定义为：得出两路声源信号的短时间正交性表示为：其中：/>为任意两路声源信号；在没有反射混响的情况下，设定有N个声源信号s(t)，s(t)，…，s(t)；N个声源信号组成了一组混合信号且被同一个麦克风接受；以第一个麦克风接到的信号开始表示：12n……其中N表示声源的个数，M(t)表示第一个麦克风接受到的混合信号，M，M，…，M同理；123n其中μ表示第一个麦克风与第二个麦克风之间的时延，μ表示为第三个麦克风与第一个麦克风之间的时延，以此类推；12由于每个麦克风之间的时延都是相对于第一个麦克风的时延，得出M与M之间的时延的求法，其余麦克风同理；12相对第一个麦克风与第二个麦克风做加窗傅里叶变换转化为时频的表达形式写为如下：式(10)中的j表示的是在(τ，ω)该时刻点占主导的声源信号的标号；将每个时频点表达式写为如下：此时，再对每个时频点的表达式做比值差异处理，得出：从式(11)每个时频点得到的中，即可得到麦克风的时延参数μ(τ，ω)；即：(μ(τ，ω))＝(||R(τ，ω)||，-ω∠R(τ，ω)) (13)；-1式中：∠表示取复数的相位。 百度搜索马 克 数 据 网