基于时延估计的麦克风阵列一致性分析

基于麦克风阵列的声源定位技术广泛应用于现场录音及会议通信等领域.常用的麦克风阵列声源定位技术中,时延估计是一种硬件成本低、计算量小且易于实现的算法.影响麦克风阵列时延估计的因素很多,麦克风阵列阵元的一致性性能是其中之一.基于相位变换的广义互相关算法,提出了一种新的麦克风阵列阵元一致性估计指标.构建3组阵元一致性指标不同的麦克风阵列,开展了对实际声源的角度估计.计算麦克风阵列对声源角度的估计时延和声源角度的理想时延之间的差值,建立了其与声源角度估计误差的方差关系,提出了基于时延估计误差的麦克风阵列阵元一致性估计指标,并验证了该指标在麦克风阵列阵元选择上的实际指导意义.     

紧致麦克风阵列压缩采样与DOA估计方法

针对紧致麦克风阵采样信号大量冗余的问题,提出了一种ΣΔAD压缩采样方法.该方法将软硬件相结合,在ΣΔAD转换器内部进行压缩采样.压缩采样中采用自适应过程,去除信号中的冗余分量,并将压缩后的信号进行稀疏编码.仿真结果表明,使用该方法对紧致麦克风阵接收信号进行压缩编码时,通过选取合适的稀疏化阈值,可使源数据的压缩比达到10%~30%.压缩采样后的信号可以用于DOA估计等应用.针对八元紧致麦克风圆阵和DSP实时系统的DOA估计实验结果表明:这种DOA估计方法在阵元间距低至2 cm时仍能正常工作;当阵列尺寸减小时,相比经典MUSIC算法和PHAT-GCC算法,该方法定位精度更高,噪声鲁棒性更强.     

多径条件下基于辅助阵元的阵列幅相误差自校正

针对多径环境中均匀线阵（uniform linear array, ULA）的幅相误差的校正问题,在不破坏阵列幅相误差矩阵的前提下,提出了一种多径条件下基于辅助阵元的波达方向（direction of arrival,DOA）估计及幅相误差自校正算法。利用阵列平移的方法对相干信号进行解相干预处理,再利用辅助阵元依据子空间原理构建代阶函数实现相干信源的方位估计, 进而对阵列幅相误差进行估计。计算机仿真结果表明,该算法对多径环境下的相干信源具有准确的方位估计与幅相误差自校正性能。     

存在阵列误差条件下的目标二维参数估计

提出了一种针对均匀线阵中互耦误差、阵元幅相误差和位置误差存在情况下的多个目标高分辨方向 -多普勒频率二维估计的方法 .这一方法采用旋转不变技术 ,在参量估计过程中只需将阵列天线旋转两次 ,即可对目标方向 -多普勒频率作较精确的估计 ,同时精确地估计出互耦矩阵和各阵元的幅度、相位以及位置因子 ,从而可校正综合误差存在情况下的阵列流形 .最后 ,进行了计算机模拟 .     

阵元位置误差和通道不一致性的校正方法

针对等跨线性阵列天线的阵元位置误差和通道幅度相位不一致性问题,提出了一种采用单校正源分时多方位的无相位延迟模糊校正方法,该方法无须准确已知校正源入射角,对于通道幅度相位参数没有任何限制,对噪声具有较强的坚韧性,而且在校正源频率有一定的估计误差时也可较准确地估计阵元位置参数,文中对校正方法的配置问题进行了分析,提出了使测量误差较小的优化配置方案,计算机模拟实验结果证实了本文算法的有效性和关于校正方位配置的一些结论。     

基于辅助阵元法的MUSIC算法

阵列误差会使MUSIC算法的性能急剧下降.现今大多数校正算法都是用于校正方位无关的阵列误差.但实际中的阵列误差几乎都与信号方位有关.辅助阵元法是校正方位相关阵列误差的有效方法.首先论述了辅助阵元法与MUSIC算法相结合的算法,然后重点分析了信噪比和校正阵元的精度对算法性能的影响,同时提出了提高算法精度的方法,为实际应用提供参考.仿真实验验证了算法的有效性.     

高频地波雷达的阵列互耦校正

针对分布式高频地波雷达（HFSWR）的工程应用,研究了基于自适应混合算法（AHA）的阵列无源校正方法.该方法将阵列误差估计问题转化为多元参数的联合估计问题,利用改进的混合算法得到了该优化问题的最优解估计.利用海洋回波校正了分布式高频地波雷达阵列幅相误差之后,将该方法应用到雷达系统的阵列互耦误差校正.仿真和现场实验实测数据的分析表明,该方法对空间谱算法性能的改善十分明显,验证了其有效性.     

二维DOA估计中麦克风阵列优化设计

在DOA估计中,往往事先假设麦克风阵列的结构,然后通过改进DOA估计方法来提高定位精度,忽视了麦克风的摆放位置对 DOA 估计性能的影响。基于此,针对二维 DOA 估计,提出改进遗传优化算法,将空时滤波器系数和麦克风阵列结构分开,构造由二维 MUSIC空间谱函数欧式距离和优化后阵元个数共为变量的适应度函数,以 DOA 估计精度为停止条件,对均匀矩形阵、均匀圆形阵和均匀同心圆阵开展优化设计。仿真结果表明,采用所提方法优化后的阵列取得了较好的DOA估计性能。     

基于麦克风阵列的不一致性的校正

基于麦克风阵列的声源定位技术目前在很多领域得到利用,其中时延估计算法是经常使用的一种算法,但是麦克风阵列的不一致性会影响时延估计的结果,造成声源定位的准确度不够.为了使麦克风阵列得到的定位结果不会因一致性的问题造成不必要的误差,影响声源定位的准确度.本文提出一种对麦克风阵列的校正方法,首先对房间冲击响应进行处理,尽可能去除由房间混响等因素对麦克风阵列的影响,并为了使校正的结果更加精确,对不同麦克风得到的房间冲击响应分别添加不同时延的分数级别的FIR滤波器,以改善由麦克风阵列的不一致性造成的时延误差,达到对麦克风阵列校正的效果.通过该方法,可有效改善时延估计的结果.通过实验可知,该方法计算量小,并且可作为不同声源定位方法的前置步骤,有效改善了声源估计的准确度,为后续校正麦克风阵列提供了实际的使用价值.     

阵列天线阵元位置误差、通道不一致性和互耦的校正

采用单个连续波校正源，通过旋转阵列天线在多个校正方位测得校正数据，通过求解可分离的非线性优化问题，得到了阵元位置参数和包含通道幅度相位参数与阵元间互耦参数校正矩阵的估计，计算机模拟实验证实了该方法的健壮性和实用性。     

基于波束形成的三维传声器阵列仿真

为研究基于传声器阵列的声源定位技术在户外环境下实现全方位、高效、便捷的声源信号定位,通过使用波束形成声源定位算法,在考虑传声器阵列的拓扑结构特性下,对各个三维阵列进行声源定位数值仿真。为验证不同阵列的传声器阵列定位效果,基于波束形成算法使用Matlab对相同阵元数不同分布阵型的三维传声器阵列声源定位进行仿真。结果表明：相同阵元数不同分布阵型的三维传声器阵列定位声源点的定位精度存在不同的差异,且基于波束形成的三维旋排球阵列传声器阵列在全方位声源定位中结果精确度最高。可见设计传声器阵列时,应该要充分考虑到阵元个数、阵列孔径的大小及阵元间距对阵列声源定位的影响。     

实时视频定位的麦克风阵列参数初始化算法

针对移动机器人近场声源定位中,需要实时获取声源目标与麦克风阵列中心相对位置和角度的问题,提出一种基于视频定位的室内声源位置测量算法,实时地为麦克风阵列提供初始化参数,为移动机器人快速建立室内近场声源环境认知实现辅助功能。该方法利用A4纸打印的位置定位板,通过摄像头采集视频数据,逐帧寻找角点后搜索定位板中心点和顶点,以此计算出麦克风阵列到声源的实际距离和方位角度。经仿真实验分析,该算法能够在室内环境中实时快速地测量声源目标位置,为机器人后续语音定位、识别与跟踪提供辅助与校准功能,具有较强的工程实用价值。     

相位麦克风阵列后处理算法的数值模拟研究

相位麦克风阵列技术是最近十年快速发展起来的一种声学实验技术,旨在精确地识别和定位出噪声源,反演出每个声源的频率、位置和幅值信息。该技术在国外得到了快速发展和广泛应用,而在国内仍处于起步阶段。相位麦克风阵列技术的核心是数据后处理算法。发展了一套数据后处理算法程序,进行了相关的数值模拟研究。结果显示,该算法程序能够比较精确地识别和定位出声源信息,为今后进一步的实验研究和工程应用打下了基础。     

基于三线交点球麦克风阵列的远场多声源定位

设计一种三线交点球麦克风阵列,利用该阵列进行球面声压采样,实现了基于平面波分解的三维空间远场多声源定位.声源定位对比实验结果表明,采用98元的三线交点球麦克风阵列进行远场多声源定位,可以提高声源定位的精度和空间分辨率,且对环境噪声具有良好的鲁棒性.     

基于球麦克风阵列的三维空间多声源定位

由于球麦克风阵列本身结构的特殊性,目前它广泛的应用于声场录制、波束形成、声场重现和声场分析等等领域.利用球麦克风阵列的对称性进行三维空间的多声源定位,和传统的声源定位方法不一样,通过分析声波传播的物理特性,采用球谐函数声场分解的方法,研究和探讨了离散的球麦克风阵列求解多声源情况下球散射声场球谐系数的方法,同时采用球傅立叶变换的方法分析了多声源情况下声场的指向性因子的变化情况,并由该指向性因子的等高线图确定了三维空间中的各个声源方向.同时还大致分析了麦克风阵列的离散化所导致的声场分解的误差,讨论了麦克风阵列的大小、麦克风位置以及声场分解模态的高低对声源定位精度的影响,最后采用了遗传算法对球麦克风阵列的麦克风位置进行设计和优化,提出了在有实际应用条件限制下设计优化球麦克风阵列的一种方法.计算机模拟表明,基于声场球谐系数求解和球傅立叶变换的方法可以同时有效的确定三维空间中任意方向的多个声源的方向.     

弹载相控阵雷达单阵元高精度去耦方法

针对目前工程实践中弹载相控阵雷达近场测试中无法有效补偿阵元间互耦的问题,对某型号弹载相控阵雷达的矩形贴片天线,建立单阵元辐射模型,结合信号子空间基本原理,提出一种基于信号波达方向估计值计算单阵元互耦总影响系数的方法。该方法通过均匀矩形阵列信号波达方向估计值计算一个阵元与其周围八个阵元的互耦系数,将互耦系数累加后的结果作为对单阵元的互耦总影响系数,将近场测试值除以互耦总影响系数可得互耦校准后的阵元参数。微波暗室实验结果表明:该方法得到的阵元幅值和相位与理论计算值相近,说明方法是有效的。该方法可以应用到某型弹载相控阵雷达天线校准中,能有效补偿阵元间互耦。     

基于波束形成的列车噪声源识别麦克风平面阵列性能仿真研究

麦克风阵列的几何结构形成了麦克风阵列工作时性能的基本限制,是影响噪声源识别系统性能的关键因素之一.对十字阵(37阵元)、六角阵(37阵元)、矩形阵(36阵元)在均匀加权时方向性、角度分辨率等性能进行仿真定量对比研究：十字阵具有最好的方向性为71.6 dB,六角阵具有最好的空间对称性且能抑制栅瓣;阵元数目变化时主瓣宽度的对比,表明阵元数大于100时增加阵元对改善角度分辨率作用不大;主瓣宽度与频率关系,显示随频率增加3种阵列输出信号畸变程度基本相同.     

基于麦克风阵列的声源定位研究

基于麦克风阵列的声源定位是有效声源提取的前提和基础，其技术在多媒体通信中得到了广泛的应用．讨论了基于麦克风均匀线阵和均匀圆阵的声源定位方法，并进行了仿真，其结果表明这两种模型均能有效地提取出声源的位置．并给出了算法的硬件实现的原理框图。     

基于改进型点匹配技术的阵列误差校正方法

针对阵元间互耦往往会导致智能天线总体性能急剧下降这一现象，提出了一种快速有效的校正方法。该方法以实测的阵元方向图为基础，通过改进型点匹配技术和求最优解来对误差矩阵进行精确的估计。以天线阵方向图综合为背景的计算机模拟结果证明了这种方法的可靠性。