Page 151 - 应用声学2019年第5期

第 38 卷 第 5 期 李悟等： 利用声音反射信号重建室内空间结构的研究 903

4 作为对比，利用欧式距离法得到走廊结构以及
3 与实际情况的对比如图13、表2所示。
2 表2可以得到声源到各个墙面距离的误差分别
1 为0.20 m、0.28 m、0.10 m、0.45 m，x 轴方向平均误
z/m
0 差为0.48 m，z 轴方向平均误差为0.55 m，整体平均
-1 误差为 0.26 m。可以明显看出，本文提出的方法是
-2 优于欧式距离法的。

-3
-3.0 -2.0 -1.0 0 1.0 5
x/m
4 (0.96 m, 1.81 m, 4.33 m)
图 11 利用 TDOA 最小二乘误差法得到的镜像源
坐标 3
Fig. 11 Illustration of mirror source coordinate 2 (2.37 m, 1.93 m,
1.36 m)
z/m (1.11 m, 1.94 m,
3.5 1 (−3.11 m, 2.12 m, 1.03 m)
1.56 m)
(0.83 m, 1.97 m, 3.45 m)
3.0
0
2.5
2.0 -1 (0.96 m, 2.00 m, −1.5 m)
z/m 1.5 2.20 m 2.27 m (1.46 m, 2.02 m, 0.72 m) -2 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3
1.0 x/m
0.5 (−3.05 m, 1.96 m, 0.82 m) (0.76 m, 2.01 m,
0.70 m) 图 13 利用欧氏距离法得到的走廊结构与实际走廊
0
结构的对比
-0.5
(0.77 m, 2.03 m, −0.94 m)
-1.0 Fig. 13 Comparison of measured corridor struc-
-3.0 -2.0 -1.0 0 1.0
ture by EDM and real corridor structure
x/m
图 12 利用 TDOA 最小二乘误差法得到的走廊结
综上所述，本文的贡献在于：(1) 由于现有的建
构与实际走廊结构的对比
图算法基本都借助于室内冲激响应或者信号相关
Fig. 12 Comparison of measured corridor struc-
来得到信号传播距离，但是由信号收发编码解码的
ture by the least squares of TDOA and real corri-
dor structure 时间、线路耗材传输的时间等造成的时延会引入较
图 12 对应代表利用最小二乘法求出的走廊左 大误差造成图像的严重失真，本文提出的方案通过
右墙面、天花板、地面的位置以及与真实值的对比。 信号 TOA 做差消除系统时延带来的影响，利用最
从表 1 可以读出声源到各个墙面距离的误差分别为 小二乘误差为信号归类，实现了较好的建图效果。
0.01 m、0.02 m、0.05 m、0.12 m，x 轴方向平均误差 (2) 本方法在算法上可以实现合二为一，在进行匹
为0.03 m，z 轴方向平均误差为0.17 m，整体平均误 配的过程中同时可以完成镜像源坐标的定位，针对
差为0.05 m。在一定误差范围内实现了对走廊的几 欧氏距离法先匹配归类再计算坐标的方法在复杂
何重构。 度方面进行了优化。

表 1 测试结果与实际情况的对比
Table 1 Comparison of measured data by the least squares of TDOA and real data

声源到各个墙面距离
4 个反射面 镜像源坐标/m 理论镜像源坐标/m
与实际距离的误差/m
左墙面 (−3.05, 1.96, 0.82) (−3.07, 2.00, 0.82) 0.01
右墙面 (1.46, 2.02, 0.72) (1.53, 2.00, 0.82) 0.02
天花板 (0.83, 1.97, 3.45) (0.79, 2.00, 3.43) 0.05
地板 (0.77, 2.03,−0.94) (0.79, 2.00,−0.82) 0.12
平均 0.05