基于麦克风阵列的机器人声源定位系统研究

《基于麦克风阵列的机器人声源定位系统研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：TN912.3单位代码：10190研究生学号：201504032密级：公开硕士学位论文刘璐2018年6月基于麦克风阵列的机器人声源定位系统研究StudyonRobotAcousticSourceLocalizationSystemBasedonMicrophoneArray硕士研究生：刘璐导师：程方晓教授申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：电气与电子工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：长春工业大学摘要摘要人工智能语音交互技术的发展日新月异，逐渐引起了人们的广泛关注。机器人听觉系统作

2、为一种自然、方便、有效、智能的机器人与外界系统交互的方式，在获取语音信号的过程中，不可避免的会受到室内环境噪声、混响以及其他说话人的干扰。为了解决在有噪声和混响的复杂环境下，声源定位系统的定位精度低、实时性差和成本高等问题，本文对基于麦克风阵列的机器人声源定位问题展开了深入研究。具体工作总结如下：（1）讨论了信号传播的远场模型和近场模型，考虑到室内环境中噪声与混响的分布，建立了基于噪声与混响环境下的阵列信号接收模型—单源多元混响模型；介绍了麦克风阵列的支架设计技术，并根据阵列结构的设计原则和声源定位系统的实际需

3、求，设计了一种四元十字型麦克风阵列结构，且推导了其几何空间定位方法。（2）介绍了语音的特性及阵列信号的空间采样定理；由于在室内环境中进行语音信号的采集时，不可避免地会受到环境噪声与混响的干扰，因此，重点突出了预处理和语音活动检测的作用，介绍了滤波去噪和加窗等预处理操作，并引入了语音活动检测，避免错误的定位，以提高整个系统的运行效率。（3）分析了三类传统声源定位方法的优势与不足，重点研究了几种常用的基于时延估计的定位方法，包括广义互相关时延估计算法和LMS自适应时延估计算法，在此基础上，引入了二次相关法对广义互相

4、关时延估计算法进行改进，且提出了一种基于时延估计改进的声源定位算法，实验结果表明，本文提出的改进算法有效地提高了时延估计的精度，在强噪声与混响的环境下，其定位性能更优越。（4）建立了一个切实可行的实时声源定位系统，并详细地介绍了系统的平台组成；对麦克风阵列和动作执行模块的硬件结构进行了详细介绍，并给出了系统的软件设计流程；通过三组实验数据，分析了采样频率、阵元间距和声源到麦克风阵列中心的距离对定位结果的影响，实验结果表明，采样频率越高、阵元间距越大，声源定位的结果越精确，而声源距离阵列中心较远或较近时都会影响定

5、位结果，合适的声源距离会带来较好的定位效果；最后，通过实验验证了改进算法的性能和声源定位系统的可行性，并总结了影响定位精度的多种因素，包括算法本身的限制、硬件因素和环境因素等。关键词：声源定位；噪声与混响；时延估计；广义互相关；二次相关IAbstractAbstractThedevelopmentofartificialintelligentvoiceinteractiontechnologyischangingrapidly,andgraduallyarousedpeople'swidespreadconce

6、rn.Robotauditorysystemasakindofnatural,convenientandefficient,intelligentwayofrobottointeractwiththeexternalsystem,intheprocessofobtainingspeechsignals,indoorenvironmentnoiseandreverberation,andtheinterferenceofotherspeakersisinevitable.Inordertosolvetheprob

7、lemsoflowpositioningaccuracy,poorreal-timeperformanceandhighcostofacousticsourcepositioningsysteminthecomplexenvironmentwithnoiseandreverberation,thispapercarryoutafurtherstudyofrobotacousticsourcelocalizationbasedonmicrophonearray,andthespecificworksweresum

8、marizedasfollows:(1)Discussedthefar-fieldmodelandthenear-fieldmodelofsignalpropagationmodels,andconsideringthedistributionofnoiseandreverberationinindoorenvironment,establishedanarraysignalrecei