JPH02196977A - 音源座標測定装置 - Google Patents

音源座標測定装置

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JPH02196977A
JPH02196977A JP1115089A JP1115089A JPH02196977A JP H02196977 A JPH02196977 A JP H02196977A JP 1115089 A JP1115089 A JP 1115089A JP 1115089 A JP1115089 A JP 1115089A JP H02196977 A JPH02196977 A JP H02196977A
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microphones
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JP1115089A
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Teruyoshi Washisawa
輝芳 鷲澤
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TEREMATEIIKU KOKUSAI KENKYUSHO KK
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TEREMATEIIKU KOKUSAI KENKYUSHO KK
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、測定対象物の音源の座標位置を測定する装置
に関する。本発明の装置は、動物の運動の測定や情報処
理装置へ三次元座標位置からのデータあるいは制御信号
等を人力する入力手段として用いる。
〔概要〕
本発明は、音源の三次元座標位置を測定する装置におい
て、 音源にはパワースペクトル時間変化の所定パターンの音
波を出力し、この音波のパワースペクトル時間変化から
音源の三次元座標位置を演算することにより、 測定対象物の音源と測定装置とを空間的に分離でき測定
時の耐雑音性を向上させるものである。
〔従来の技術〕
従来、三次元座標位置の測定装置は、測定対象物と測定
機器間とが何らかの線で結ばれているものであった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このため、測定対象物と測定機器間とを何らかの線で結
ぶ必要があるため、測定対象物が限られ、また、測定で
きる対象物の運動方向も限られる問題があった。
また、測定値が「0」となる時刻に着目して、それを元
に座標位置を推定するものであったので、雑音が混入し
たりすると、測定値が不定となり、雑音のために正確な
座標位置を測定できない問題が生じていた。
本発明は、上述の従来の欠点を解決するもので、測定機
器側で受信した音源からの音波のパワースペクトルの時
間変化から座標位置を算出することにより、音源と測定
機器とを線で接続することなく、また、測定時の耐雑音
性を向上させる音源の座標測定装置を提供することを目
的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、パワースペクトル時間変化の所定パターンに
従って音波を出力する音源と、少なくとも4個のマイク
ロホンと、このマイクロホンで受信した音波のそれぞれ
のパワースペクトルの時間変化を検出する手段と、この
検出する手段が検出したパワースペクトルの時間変化か
ら基準を用いて上記音源の三次元座標位置を演算する手
段とを備えたこきを特徴とする。
なお、前記基準はあらかじめ前記演算する手段に設定さ
れた前記所定パターンであることができる。また、音源
は所定パターンにしたがって音波を繰り返し出力する手
段を含み、演算手段は、繰り返し検出されるパワースペ
クトルから前記基準を抽出する手段を含むことができる
〔作用〕
音源部から発せられた音波はxYZ座標上に配置された
複数のマイクロホンで受信される。このマイクロホンで
受信された音波はディジタル信号に変換した後スペクト
ラムアナライザにより、所定の周波数について、そのパ
ワースペクトルの時間変化のパターンを抽出する。この
マイクロホンの座標位置とこの抽出されたパワースペク
トルについての時間関係とから、音源の座標位置を計算
し、音源の三次元座標位置を求める。
〔実施例〕
以下図面を参照して、本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明音源座標測定装置の一実施例の構成を
示すブロック図である。
本実施例測定装置は、音源部lと測定解析部2とで構成
される。音源部1は、スイッチSWがオンとなると、所
定のパターンのパワースペクトル時間変化を持つ音を音
波発生装置SRから出力する装置である。測定解析部2
は音源部1からの音波を受信して、この測定解析部20
入力装置として機能する4個のマイクロホンMoXMx
、My。
Mzを備え、この各マイクロホンMO1Mx、My。
Mzからのアナログ信号をそれぞれディジタル信号に変
換するアナログディジタル変換器A / D o、A/
Dx、A/Dy5A/Dzと、このアナログディジタル
変換器A / D o −A / D zで変換された
ディジタル信号を一時記憶するRAMo、RAMx、R
AMyS1?AMzと、このRAM0〜RAMzに記憶
された音源信号から所定の周波数のスペクトルを抽出す
るスペクトラムアナライザ5PAo、5PAx、5PA
y、5PAzと、このスペクトラムアナライザ5PAo
〜5PAzで抽出した4つの音源信号の周波数スペクト
ルの時間変化のパターンから音源の三次元座標位置を算
出する数値計算部NCLとを備えている。
次に本実施例測定装置の測定原理を説明する。
音源部lと測定解析部2とは共通のデータとして、周波
数fO[Hz〕の音波についてのパワースペクトルの時
間変化ps(t)を持っている。なお、以下の説明では
、説明を簡単にするため、周波数fo  (Hzl以外
のパワースペクトルは全て「0」として説明する。
この周波数f。のパワースペクトルの時間変化Ps(t
)は、音圧x (t)に対して、次の(1)式で定義さ
れるものをいう。
時間を連続的にとれば ps(ro、t)−ff’  、X(む’)x(j”)
e12Kfe(L−t”)dj’ di”  、、、、
、(1)t−も 時間を離散的にとれば P s (f o、 to + nΔt) =:Σ、 
 E 、X(tO+(n+ko)6t)lp+−TmN
 k−一了コト x(t0+(n+に2)Δt) el 2xf*(k+
 −kz) Atと表すことができる。本実施例では第
2図1こ示すような時間変化のパワースペクトルを持つ
音波を音源部1は発するものとする。
音源部1では、スイッチSWが押されると、その音波発
生装置SRから、第3図のタイムチャートに示される動
作を行ってfo  (H2)のノくワースベクトルの時
間変化を持つ音波を発射する。
測定解析部2のマイクロホンMO〜Mzlよ、この音源
部1からの音波を受信して電気信号1こ変換する。
このマイクロホンから入力される時系列データをW、 
(t)、但し」=0、x、y、zとすると、各アナログ
ディジタル変換器A / D 。
〜A / D zでは、 という離散的時系列データへの変換が行われる。
このA/D変換器で離散的時系列データに変換されたデ
ータは、(2)式によってスペクトラムアナライザ5P
AO〜5PAzでノ切−スベクトルが求められる。
・Wj(to+(n+に、)Δを扉27cfa(k+ 
−kg )Δt以上のように、4個のマイクロホンMO
−MZから人力された時系列データWj(t)に対する
/(ワースベクトルP、(f、to+nΔt)が求めら
れる。
この4対のパワースペクトルから数値計算部NCLで音
源部1の三次元座標を算出する計算手順を説明する。
4個のヤイクロホンの相対位置が第4図に示されるXY
Z座標位置に配置されているとして、第5図のタイムチ
ャートに示すような音源部1から発生したf、  0t
z)成分のパワースペクトルと各マイクロホンに対応す
るスペクトラムアナライザSPAの出力との間に時間関
係が発生しているとする。
まず、各種変数等の記号を次のように定義する。
rj :音波発生装置SRとマイクロホンM。
トノ距離 j=0、X、Y、Z τ、。:マイクロホンM、に到達した音波がMOに到達
するまでの時間 に=X、YSZ マイクロホンの座標  Mo (0,0,0)MX (
a、  0. 0) My (0,b、  0) Mz  (0,0,c) 音源の座標   S R(Xs 、 Ys 、 Zs 
)そして、まず、τう。(k=X、Y、Z)を求める。
次に各スペクトラムアナライザ5PAo〜5PAzの出
力として得られる4対のパワースペクトルの時間変化P
j(f、t0+nΔt)と、共通のデータとしてもって
いるパワースペクトルの時間変化p、(f、 to+n
Δt)との畳込み積分を計算する。すなわち、 CJs (mJ) = Z P j(f+ t0+nΔ
t) P s (「、jo”(n−m」)Δt)ここで
、CJ s (m t )を最大にするm、をm、ヵ、
8と書くと τ、。= (mk、、X−mo、、、)  Δtk=X
、YSZ として求められる。
各マイクロホンと音源との距離は、それぞれの座標によ
って次のように表せる。
この(6)式を変形すると となる。ところで、 rk = re   Vc rko         
””’(8)ただしに=x、 Y、  Z、 vc =
音速なる関係が成立するため、(9式はさらに次のよう
に変形できる。
ただしr。= n ’y’ 5” + Z s2上式中
、未知数は、Xs 、Ys 、Zsの3個であり、(9
)式を数値計算法により演算すれば、解を求め音源の三
次元座標位置を求めることができる。
この結果、複数個の音源SR,(i=Q、l。
・・・、N)があり、それぞれが自身に固有の周波数t
+  (H2)を自身に固有のパワースペクトルの時間
変化をP(f+、t)で出力するものとすると、その固
有の周波数毎のパワースペクトルの時間変化を取り出し
てそれぞれの周波数毎の座標位置を演算により求めるこ
とができるので、任意の物体の位置と形状、さらには運
動を推定することが可能である。
また、共通データとして持つべきパワースペクトルの時
間変化Ps (f、 t)を、予め定められたデータと
せずにマイクロホンMoで測定されたデータW0(t)
から計算されたものとすると、音波を発するもの全ての
座標位置を演算によって推定することができる。
すなわち、音源部lからは同一のパワースペクトルの時
間変化を持つ音波が繰り返し出力されており、この繰り
返されるパワースペクトルの時間変化のパターンをマイ
クロホンMoで測定されたデータから抽出して、この抽
出されたパターンを基準として、数値計算部NCLで音
源部1の三次元座標位置を演算する。
〔発明の効果〕
このように、本発明は構成されているため、測定対象物
の音源の三次元座標位置を測定対象物と測定機器とを空
間的に分離したまま求めることができる。さらに、音源
のパワースペクトル時間変化から測定対象物の三次元座
標位置を求めているため、混入する雑音の影響を小さく
でき、耐雑音性を向上させた音源座標位置測定方式を実
現できる。
第2図はパワースペクトルの時間変化の例。
第3図は実施例音源部の動作を示すタイムチャート。
第4図はマイクロホンの座標位置を示す図。
第5図は音源部から発生したfo  CH2〕の成分強
度の各スペクトラムアナラザの出力との相互関係を示す
図。
l・・・音源部、2・・・測定解析部、SW・・・スイ
ッチ、SR・・・音波発生装置、Mo−Mz・・・マイ
クロホン、A/Do−A/Dz・・・アナログディジタ
ル変換器、5PAo−3PAz・・・スペクトラムアナ
ライザ、NCL・・・数値計算部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、パワースペクトル時間変化の所定パターンに従って
    音波を出力する音源と、 少なくとも4個のマイクロホンと、 このマイクロホンで受信した音波のそれぞれのパワース
    ペクトルの時間変化を検出する手段と、この検出する手
    段が検出したパワースペクトルの時間変化から基準を用
    いて上記音源の三次元座標位置を演算する手段と を備えた音源座標測定装置。 2、前記基準はあらかじめ前記演算する手段に設定され
    た前記所定パターンである請求項1に記載の音源座標測
    定装置。 3、前記音源は、前記所定パターンにしたがって音波を
    繰り返し出力する手段を含み、 前記演算する手段は繰り返し検出されるパワースペクト
    ルから前記基準を抽出する手段を含む請求項1に記載の
    音源座標測定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109799482A (zh) * 2017-11-16 2019-05-24 航天科工惯性技术有限公司 基于次声波三角定位的泥石流监测系统及方法

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