只要听到回声，无人机就能确定房间的形状

假设一个房间里有几个麦克风和一个扬声器。当扬声器发出声音脉冲时，声音会撞击房间内的墙壁并反射回麦克风，麦克风会收到一些延迟。这些一阶回声(声音脉冲在墙上反弹一次)将再次反弹，产生二阶回声，依此类推。

在这项新的研究中，米蕾尤·鲍汀和格雷格·肯珀试图利用无人机上的四个麦克风接收到的一阶回波来重建房间的形状。这些麦克风不在同一架飞机上，而是放在无人驾驶飞行器上，这显示了一个全新的应用领域。

“麦克风可以听到短暂的声音脉冲在有限的平面或墙壁上跳动，”普渡大学电子和计算机工程教授鲍汀解释道。“当麦克风听到墙壁反弹的声音时，它会记录声音传输和接收的时间差。这个时间差相当于这段时间内声音传播的距离。”

每个一阶回波的时间延迟为研究人员提供了每个麦克风和它反射的墙壁之间的距离。不可能识别出每个回声对应的墙壁。根据麦克风的配置和房间的几何形状，它甚至可能无法接收特定墙壁的回声。

当作者研究一阶回波时，他使用了一种已知的建模技术。该技术将反射声音定义为墙后的虚拟声源，从而允许虚拟声源点在计算中用于表示每面墙。

“传输和接收之间的时间差提供了麦克风和虚拟声源点之间的距离，”鲍汀说。“如果我们知道一个虚拟源点和四个麦克风之间的距离，我们可以恢复虚拟源点的坐标，然后重建墙上的四个顶点，从而重建包括墙在内的所有平面。”

然而，每个虚拟源点(即每个墙壁)之间的距离不能由麦克风确定。因此，Boutin和他的同事设计了一种方法来标记与墙壁相关的距离值，他们称之为“回声排序”。

回声排序使用多项式来过滤和计算距离值是否在四个变量之一的零集合上。非零值表示距离不能从同一面墙反弹。如果等于零，则表示距离值可能都来自同一面墙。

本研究表明，利用四个麦克风获得的一阶回波重建房间布局是一种普遍适用的理论方法。“这是解决相应的现实世界问题的第一步，”鲍廷说。“我们可以继续下一步，在有噪音的情况下找到重建房间的方法。

这项任务并不简单。一些装有麦克风的无人驾驶飞行器可能会引起一些不舒服的问题。这意味着测量嘈杂的房间很容易受到不适的影响。因此，如果要妥善解决这个问题，还有许多工作要做。

这项研究还有一系列其他潜在的应用。这些麦克风可以放在房间里或任何交通工具上，例如汽车、水下交通工具，甚至人类头盔。这些声源可能由于运动而旋转和改变，并且可能出现更复杂的情况。

慕尼黑技术大学的格雷格·肯珀说:“移动汽车、无人驾驶飞行器和水下机器人之间有着有趣的区别。该车在位置x、y和方位上只有三个*度，而无人机有六个*度。这六个*度基本上足以探测墙壁，但这并不一定意味着三个*度是不够的。汽车等陆地车辆是我们团队正在开展的研究项目的主要目标。”

《科技日报》编译的蝌蚪员工