基于四麦克风阵列的三维声源定位.pdf

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1、文章编号,&:8A68%8%!!%&%"%#6%A&%6%A基于四麦克风阵列的三维声源定位&!王文龙"张艳萍摘要=>引言设计了一个三维声源定位系统&提?,3*)+0531),出了一个新的系统模型&并对传统的基于声波到达时间差!KBN>"的算法进行""麦克风阵列声源定位有着广泛的用途&它可以用于高质量的语了优化'通过检测麦克风接收到信号的时间差&结合已知的阵列元的空间位置音识别软件的前端预处理&可用于强噪声环境下的声音获取!如飞机确定声源的位置'该系统声源采集部分*&6#+机舱"&也可以用于电话会议%视频会议等系统中控制摄像头和传由A

2、个阵列成正四面体的麦克风组成&*:67+声器阵列波束方向对准发言人&还可以用于助听器等装置中'目算法的硬件实现由K^C9!%O#A&:BC<芯片完成'整个系统实现了声源定位的前麦克风阵列声源定位方法主要包括基于最大输出功率的可控波束功能'形成技术%基于高分辨率谱估计技术和基于声波到达时间差!K1V4关键词*76&&+B1ZZ4*4,54)Z>**1XST&KBN>"技术&本文系统采用的是后者&因其计声源定位-BC<-麦克风-声程差算量很小&加上BC

3、位'麦克风阵列声源定位技术涉及到很多方面的理论知文献标志码>识&比较核心的就是阵列信号的处理&而信号采集的方式更是直接影响声源定位的准确性'通常为了追求精准的定位&一般三维定位阵列模型中采用的麦克风数量非常多&如圆形阵列%空间无限多麦克风阵列等'由于麦克风价格昂贵&多麦克风系统无法进入实际运用中'文献*&!+基于双麦克风定位模型提出了基于麦克风阵列的二维平面定位算法&实现了声源的二维定位'本文建立的采用四麦克风阵列的三维声源定位模型比以往多麦克风模型结构简单&容易实现量化生产&比二维定位实用性强'更小的搜索步长和正四面体空间结构弥补

4、了因麦克风少使得精度低的不足'采用BC<芯片比以往借助系统模型和算法收稿日期!%&%6%#6%#CY234VV)+4TS,+ST[)*13HV作者简介""王文龙&男&硕士生&主要研究数字信号处""如图&所示&O&%O!%O9%OA分别代表A个相同的麦克风&%代表理'(S,[(4,T),[t&$7&/YSH))'5)V'5,声源TA个麦克风分别置于正四面体的A个顶点&O&%O9在I轴上&且张艳萍!通信作者"&女&教授&硕士生导师&主要从事水声通信及数字信号处理的研O&在原

5、点TD表示A个麦克风之间的距离&S&%S!%S9%SA分别表示声源究'QY][b5/&:9'5)V到A个麦克风!阵元"的距离T每9个麦克风组成一个等边三角形T当&南京信息工程大学信息与控制学院&南京&任意一点%!I&2&8"处有声音产生后&取麦克风O&作为参考&则声源!&%%AA到达其他9个麦克风和麦克风O&的时间差分别为+M!&%+M9&和+MA&T假!南京信息工程大学电子与信息工程学院&南京&!&%%AA设当地的声速为a&则各麦克风之间的声程差分别为S!QS&Pa+M!&&S9QS&Pa+M9&和SAQS&Pa+MA&T则有""

6、""学报,自然科学版&!%&%&!!#",A&%6A&9I)0*,ST)ZMS,b1,[`,1X4*213Y)Z?,Z)*VS31),C514,54S,+K45H,)T)[Y,MS30*STC514,54L+131),&!%&%&!!#",A&%6A&9A&&!!!以步长%e#逐点求C!K"&当槡IF2F8i'时&!!!C!K"可以得到最小值&然后再取槡IF2F8#!'h%e#&'F%e#"&以更小的步长求C!K"&反复进!!!行就可以得到比较准确的槡IF2F8&这样就得到了较准确的声源坐标'由于BC<的高速性能&比起以往的算法&O

7、#A&:可以实时地处理更小的步长&所以为了提高精度&初始步长比以往减小了一半'不过由于各麦克风之间的空间距离的限制&初始步长如果选择过小&系统误差并不会因此减小&反而会延长处理的图&"三维声源定位模型时间';1['&"KH*446+1V4,21),ST2)0,+T)5ST1QS31),V)+4T@>仿真分析!!!槡!IQI!"R!2Q2!"R!8Q8!"QC1V0TS31),S,STY212!!!""槡!IQI&"R!2Q2&"R!8Q8&"Pa+M!&&""仿真实验采用单个声源&播放一首事先准备好!!!的男声诗歌朗诵作为

8、声源'当时声速取9A%VP2&槡!IQI9"R!2Q29"R!8Q89"Q!&"信噪比为&%+D'麦克风之间的距离为&%5V&采样!!!""槡!IQI&"R!2Q2&"R!8Q8&"Pa2M9&&频率为&%EQ'A个麦克风接收