改进的基于能量的声源定位算法.pdf

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1、2015年7月计算机工程与设计July2015第36卷第7期COMPUTERENGINEERINGANDDESIGNVoL36No．7改进的基于能量的声源定位算法刘艳芳，张会芝，王鲜芳(河南师范大学计算机与信息工程学院，河南新乡453007)摘要：为提高基于能量的两步加权最小二乘声源定位算法(two-stepwLs)的定位精度，提出一种改进算法。通过引入广义矩阵，将有噪数据中的噪声项分离出来作为约束条件，将加权最小二乘问题转化为带约束条件的最小化代价函数的求解问题，采用拉格朗日乘子法求得代数解。仿真结果表明，该算法在噪声较小时，

2、逼近CRLB(Cramer-Raolowerbound)下限；高噪声时，相对two-stepWLS算法，提高了定位精度，提高了突然偏离CRLB的噪声阈值，是一种高效可行的定位算法。关键词：声源定位；能量；蒙特卡罗下界；闭合表达解；非负约束中图法分类号：TP391．9文献标识号：A文章编号：1000—7024(2015)07—1976—05doi：10．16208／j．issnl000—7024．2015．07．057Improvedsolutionforenergy-basedsourcelocalizationLIUYan-f

3、ang，ZHANGHui-zhi，WANGXian-fang(CollegeofComputerandInformationEngineering，HenanNormalUniversity，Xinxiang453007，China)Abstract．Toreducetheerrorsoftheenergy-basedtwo-stepweightedleastsquarealgorithm(two-stepWLS)ofacousticsourcelocalization，animprovedalgorithmwaspresent

4、ed．Throughtheintroductionofaugmentedmatrix，thenoisetermwasseparatedfromnoisedataasitsconstraintcondition．andtheweightedleastsquaresproblemwasconvertedtOtheminimumcostfunctionwithconstraints．TheLagrangemultipliermethodwasusedtOgetthealgebraicsolution．Simulationresults

5、showthat，thepro—posedalgorithmreachestheCRLBlimitwhenthenoiseisnottoolarge．Forrelativelargenoise，theproposedalgorithmprovidesmuchbetteraccuracythanthetwo-stepWLSalgorithm，andimprovesthenoisethresholdthatsuddenlydeviatesfromCRLB．Thealgorithmisanefficientlocationmethod

6、．Keywords：soundlocalization；energy；CRLB；closed-formsolution；non-negativeconstraint非常大的计算量，并且必须有个比较好的初始值，否则容0引言易陷入局部最优；Ho等_8]利用两步加权最小二乘方法提出信号源定位技术已广泛应用于雷达、无线传感器网络、了一种基于能量进行声源定位的方法，这种方法给出了最无线通信等领域[1]。分析国内外研究现状，声源目标定位后定位结果的代数表达式，因此，计算简单，不会陷入局的方法主要有3种：TDOA(timedelayofarr

7、iva1)Es3、DOA部最优，并且在高斯噪声的信噪比不是很低的情况下，定(directionofarriva1)

8、6]和基于能量的方法。位准确度高。空间分布的不同传感器接收到的声源能量大小与其和在实际应用中，当噪声相对较大时，two-stepWLS算声源的距离平方成反比，从而可以利用不同位置传感器接法的误差就会非常大。为了进一步提高tWO—stepWLS算法收信号能量的不同来进行声源位置的定位。Sheng等_7]提的定位精度，本文提出了一种改进算法。创新之处在于，出了基于能量的最大似然算法(ML)可以完成无线传感网通过引入广义

9、矩阵，将文献[8]中第一步中采用加权最小络中单源或多源的定位，并推导出基于能量进行声源定位二乘方法，改进成最小化代价函数的问题，进而采用拉格的CRLB下限，这种方法虽然能达到CRLB下限，但需要朗日乘子法得到代数解。这种改进方法，一方面降低了定收稿日期：2014