基于传声器阵列的声定位系统研究与设计-论文.pdf

《基于传声器阵列的声定位系统研究与设计-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、98柬工案技术电子技术基于传声器阵列的声定位系统研究与设计王永雄，刘杰，陈家运(青岛理工大学，山东青岛266520)摘要：对当前传声器阵列定位技术特点、关键技术等做了深入分析后，提出一种改进的广义互相关(GCC)时延估计算法，在元GCC算法基础上，加入了加窗分帧与静音检测(VAD)判断法，弥补了原算法针对室内回响混响干扰的不足。系统以LabVIEW结合MATLAB为仿真平台，讨论了五元十字阵列在不同条件下的定位精度，实验表明：系统能够比较准确的对半空间域的低空声源进行定位，并能够实现多个声源判决定位，具有一定现

2、实意义。关键字：传声器阵列；广义互相关；被动定位；五元十字阵0引言声源定位技术是利用声学和电子装置接受并处理声场信号，以确定声源位置的一种技术。传声器阵列是指由若干个传声器按一定的几何结构排列而成的阵列，它具有很强的空间选择性，可以在一定的范围内实现声源的定位与跟踪。目前，传声阵列主要有一字阵、十字阵、圆形阵和球星阵。它们被广泛应用与军事和工业领域，此外，在视频竺哆／／／＼．会议、视频监控、故障诊断、声控机器人等民用项目中也风靡开来。一、Sensor2y基于声传感器阵列的定位技术大体上分为三类：(1)基于可控、

3、、、J波束形成的定位技术；(2)基于子空间的定位技术；(3)基于到达／PJSensorlx时延估计的定位技术。本文采用基于时延估计的定位技术，与其他定位技术相比，它计算量小，有利于实时快速处理。为尽可能地降低室内混响和噪声的影响，提高声源定位系统精度，提出一种改进的广图2平面五元十字阵原理图义互相关(GCC)时延估计算法，在元GCC算法基础上，加入了加窗分帧与静音检测(VAD)判断法，弥补了原算法针对室内回响混响干目标声源P以球坐标参数表示为(Rsin0COS，RsinOsin，R扰的不足。在定位阵列上，文中选

4、择具有阵列冗余、分维特性小的平cos0)，直角坐标为Px，Y，z)。其中，R为目标距离，0为目标俯面五元十字阵，以达到测量误差最小的目的。仿真结果表明设计的仰角，为目标方位角。目标P到各个传感器距离分别为R、R、R、声阵列定位成像系统行之有效。、R4。假设目标为点声源目标声源入射波到达Sensorl，Sensor2，Sensor3，Sensor4与到达SensorO的时延分别为、T2、、T4，声速为c。1时延估计算法由声阵和目标的几何位置关系，分别利用余弦定理可得：时延估计(Time—delayestimati

5、on，TDE)即时间延时估计，就是利用声传感器阵列接受目标声源信号，不同位置位置传感器接受到的声(L／2)+2RC~。一(c．)一魁sin0c。s=0源信号所需要的时间不同，然后根据这个时间差值来确定目标信号的空间位置。()一(c。s(4)对于TDE算法，其中广义互相关(GCC)算法应用最为广泛。(t／2)+2RCT3-(c，)+RLsin0cos~=0通过求两信号之间的互功率谱，并在频域内给予接受信号一定的加权，来抑制噪声和反射的影响，再将加权后信号反变换到时域得到两信号(L／2)+2RCT一(or)+魁si

6、n0c。s=0之间的互相关函。其峰值位置即为两信号之间的相对时延。以两个拾音器为例，设x(n)，x(n)，分别是拾音器到信号源之间经过处理化简最后可得的数字信号波形，分别为：X1(n)=I(n)s(n)+V(n)(1)x2(n)=I2(n)s(n)+V2(n](2)式中，V(n)，V(n)表示通道噪声，假设为高斯白噪声。拾音信号间的广义互相关函数为：3时延估计算法的改进R12(r)=』Hl(w)X1(w)H；(w)X2(w)e-jWtdw对于室内混响模型的建立，我们针对性对其设计了一种改进的广2(3)义互相关时

7、延估计(GCC)算法，以尽可能地消除降低室内混响和噪声的影响，提高声源定位系统精度。改进后的广义互相关时延估计算』破(w)(w)(w)e-jWtdwo法框图如图3所示：呶碳施峨估计的流程如图1所示。l传嚣l．滤波}_一增益JA，Dl_，】窗械．JFFrxt(n)传声器2—叫滤波卜+I增益卜叫A／D卜+l加谢分帧卜_+lFFT2)多帧平滑1．——加权I．——计算权函数图1时延估计流程2五元十字阵互相关国数卜_——+l插值卜_—．1峰值检测在各种阵型定位方式中，五元十字阵有利于室内布阵，对三维空间的目标定位精度高。

8、平面五元十字阵的定位原理如图2所示。图3改进算法框图