广义二次相关时延估计算法改进

在基于TDOA的声源定位算法中时延估计的精确度是关键,时延估计极小的误差也会导致定位结果的偏离,因此为了提高声源定位的精度,必须对时延进行准确的估计.传统的广义互相关时延估计方法是通过添加相应的加权函数来提高语音信号中的有效成分,从而提高时延估计的精度.然而现实中声学环境非常复杂,在较低信噪比的情况下,传统广义互相关时延估计法的性能开始下降,导致时延估计误差变大.针对这一问题提出了一种基于二次相关的广义互相关时延估计改进算法,该方法首先通过滤波器对接收到的音频信号进行滤波,再利用二次相关抑制了噪声对信号的干扰,然后对加权函数进行改进,提高时延估计精度.最后计算机仿真实验表明,无论在低信噪比还是在高信噪比甚至是弱混响的环境下,该方法都获得了较好的时延估计性能.     

增采样时延估计被动声音定位方法

针对传统的基于广义互相关时延估计的平面五元十字阵被动声音定位算法定位精度低的问题,提出了运用增加采样的时延估计被动声音定位方法,对低采样率采得的信号进行内插,增加采样后再进行五元几何定位。Matlab定位仿真实验结果显示,相同采样率下,改进后的算法平均定位误差仅为传统TDOA算法的1/14,由此表明该方法较大地提高了广义互相关时延估计被动声音定位算法的精度。     

基于互相关序列和BP网络的声源定位算法

在基于麦克风阵列的声源定位算法中,一种常用算法的基本思路是通过麦克风接收到信号的相关序列来计算信号之间的时延,进而再根据阵列的结构确定声源的位置。在分析传统的声源定位算法基础上,针对双五元十字阵模型,介绍传统的基于广义互相关相位变换加权(generalized cross correlation-phase transform, GCC-PHAT)时延估计的定位算法,并给出基于GCC-PHAT时延估计和反向传播(back propagation, BP)神经网络的定位算法、基于抛物线互相关时延估计和BP网络的定位算法,进而通过分析影响时延估计的主要因素,提出了基于互相关序列和BP网络的新定位算法,该算法将GCC-PHAT互相关序列最大值点的位置、最大值点及其左右各一点的相关值作为BP网络的输入,通过对BP网络进行训练来实现声源的三维定位。仿真实验表明：与传统的基于GCC-PHAT时延估计的定位算法相比,所提出的各个算法均具有较好的定位效果,后者均比前者的定位精度更高,而且提出的基于互相关序列和BP网络的新定位算法在低信噪比和高混响的条件下,也具有较好的定位效果。     

一种基于稀疏重构的NB-IoT时延估计算法

针对传统的时延估计算法无法解决窄带物联网(narrowband internet of things, NB-IoT)低速率低功耗引起的估计精度低、计算复杂度高等问题,提出一种加入代价函数模型的基于稀疏重构的时延估计算法。利用窄带定位参考信号(narrowband positioning reference signal, NPRS)与传统的正交匹配追踪算法(orthogonal matching pursuit,OMP)进行时延值预估计,然后根据预估计的时延值构建冗余字典,在此基础上利用改进的OMP算法进一步对时延值进行估计。该算法中加入代价函数的思想将多维的时延估计降维成多个一维的时延估计,同时利用稀疏重构来消除各信号之间的干扰。另外,为了消除降维带来的局部最优的问题,合理设置软门限来有效并快速地终止代价函数模型的迭代过程。仿真结果表明,与OMP算法等传统时延估计算法相比,该算法具有更好的检测性能以及更高的时延估计精度。     

基于时延估计法的泄漏噪声定位试验研究

针对电站锅炉炉管泄漏问题,对基于时延估计法的定位方法进行了试验研究.通过外放高频声音信号模拟炉管泄漏信号,采用互相关算法估计两两通道间的时延值,根据距离公式建立定位方程,采用牛顿迭代法对其求解,获得泄漏点位置.试验结果表明:当声源为脉冲信号时,时延估计值很准确,当声源为连续周期声源信号时,时延估计值最大在-T/2～T/2(声源信号的周期)范围内变化;在一定范围内,采样率越高,时延值精度越高,定位效果越好;相较于声速,采样率对定位结果的影响更大.     

基于倒谱分析的防混响时延估计算法

为了提高混响条件下时延估计算法的精度,对广义互相关时延估计算法进行分析后,介绍了倒谱分析在去混响处理中的作用,根据接收信号中各种成分在倒谱的分布情况,对基于同态滤波的时延估计方法提出改进方案。通过仿真实验对比传统时延估计算法和新算法的性能,并从误差角度分析时延估计的准确度。从仿真结果可以看出,本文提出的算法在混响比较严重的环境中做时延估计,其均方根误差比广义互相关时延估计算法(GCC)降低了20%左右,比改进前的基于同态滤波广义互相关算法(CEP-GCC-TDE)降低了8%左右,估计精度有了进一步提高,在室内声源定位中具有实用价值。     

基于稀疏过零点信息的抗幅值失真时延估计方法

基于时延估计的TDOA方法广泛地应用于声学定位技术中,应用时引入的干扰会导致一定程度的幅值失真,从而影响时延估计的准确与稳定性.文中分析了不同干扰因素带来的影响,进而针对幅值失真问题,提出了一种新的基于信号过零点信息进行时延估计方法.该方法对需要进行时延估计的两路信号进行幅值归一化处理,得到仅含0、1两种特征值的稀疏化信号,在一定范围内将稀疏化信号错位相减得到误差系数函数,通过索引误差系数函数的最小值求得通道时延估计值.为了验证该方法的有效性,分别进行了数值模拟、耦合腔实验与室内混响定位实验,实验中采用广义互相关(GCC)时延估计方法作为对比,结果表明:对于模拟信号和耦合腔标准声源生成信号,该方法均有较好的抗干扰能力,在信噪比为-5 dB时依然可以准确进行时延估计计算;与GCC方法相比,可用于极端条件如信号削波时的时延估计;在低采样率实验中,该方法较GCC方法受采样率降低影响小,在低采样率的条件下依然保留一定时延估计能力;在室内混响条件下的近距离声源定位实验中,该方法受声源距离、混响影响小,并且较GCC方法具备更强的抗突发干扰能力.文中所提出的方法能很好地抑制信号削波、低采样率、混响干...     

基于Wigner-Ville分布的移动机器人语音定位中时延估计方法

在移动机器人语音交互中,时延估计算法的精度是影响语音定位精度的关键因素。针对在强噪声情况下,基于时延估计原理进行语音定位的精度较低的问题,提出基于维格纳 威利分布(Wigner-Ville distribution, WVD)的一次与二次相关时延估计算法。在强随机噪声环境条件下,信号间的相关计算会加大侧峰的峰值,极大程度地干扰对主峰峰值的搜索,无法准确估计时延,进而影响语音定位效果。为了减小侧峰的影响,进一步对相关峰值加窗处理。但加窗虽减小了侧峰的干扰,却导致主峰宽度变大且变化趋势平坦,也会影响时延估计精度,因此,需选择希尔伯特变换对峰值锐化处理。仿真实验研究了各算法的估计情况与时延估计的均方根误差,实验结果表明,所提出算法相比其他几种算法对时延估计性能更高。此外,实际场景实验验证了该算法的抗噪声性能。     

基于并行分层时间间隔测量的TDOA定位算法研究

基于到达时间差(TDOA)定位算法要求精确地时间同步技术作为支撑.由于传统时间同步技术精度低导致TDOA定位结果有偏差,提出一种基于并行分层次时间间隔测量的到达时间差(TDOA)和到达信号增益比(GROA)联合定位算法.基于TDOA与GROA联合定位模型,构造含拉格朗日系数的优化函数,然后采用约束加权最小二乘算法(TSWLS)来进行求解;同时,采用并行分层时间间隔测量法来控制定位算法的时间同步.实验分析表明,该算法相比较传统的TDOA定位算法而言,定位精度提高了25 d B,并且具有相对较高和较稳定的定位精度.     

机动目标被动声定位仿真研究

针对基于时延估计的空中机动目标定位与跟踪的算法仿真问题,提出一种以时变时延信号产生算法为基础的仿真方法.该算法利用FIR滤波器线性相位特性,使模拟的目标信号通过时变FIR滤波器产生相对输入信号有时变时延的输出信号.在考虑了目标的机动、干扰信号、环境噪声以及信噪比后构造出模拟的阵列接收信号,通过定位算法得到目标方位.仿真表明该方法能较好地完成对基于时延估计的被动声定位算法的评估,并具有广泛的适用性和实用性.     

TDOA定位中到达时间及时间差误差的统计模型

移动通信环境中，非视距传播与多径效应引起的信号附加时廷是影响TDOA定位精度的主要因素，深入研究信号到达时间差误差的统计特性，有利于进一步提高TDOA定位的精度．基于移动通信环境中非视距传播信号附加时廷服从指数分布的特性，综合考虑信号检测过程中引入的系统误差，利用统计分析方法，建立了信号到达时间的统计模型和到达时问差的误差分布模型，模型反映了蜂窝网络中信号到达时间和到达时间差误差的统计规律，模拟实验证明了模型的有效性．     

在卫星干扰源定位系统中信号时间差计算的小波变换方法

在卫星干扰源的卫星定位理论中,需要通过计算信号的时间差和多普勒频差来确定卫星干扰源的位置.测量两颗相近位置卫星的时间差和多普勒频率差的精度,决定了卫星定位的准确度.本文研究计算时间差的信号处理及其计算.利用小波变换方法计算两个信号的相关特性可以减少计算的数据量,同时可以根据需要,很快得出所需要的信号时间差.     

一种改进的减小NLOS影响的定位算法

根据蜂窝网络中非视距(NLOS)传播时延服从指数分布的统计特性,在视距重构/平滑算法的基础上,提出了一种改进的减小NLOS影响的定位方法.该方法首先根据NLOS传播时延的统计特性,估计NLOS传播时延的均值和方差;然后对到达时间差(TDOA)测量值进行修正,进而估计移动台(MS)位置;最后对不同时刻估计的移动台位置进行加权处理,进一步减小NLOS的影响.仿真结果证明该方法能够有效提高定位算法的定位精度.     

基于Wigner-Ville时延分析的传感器网络定位方法

到达时间差(TDOA)定位是根据各个传感器接收信号的时差来实现目标定位的,时延估计的准确程度直接影响到定位的精度。从信号能量角度出发,根据Wigner-Ville变换得出一种时频能量分布,通过对应频率下能量的最大值来确定信号的到达时间,进而确定出时间差,同时计算了振动信号在实验介质中的传播速度,最终实现了振动定位的目的。试验结果表明,基于WVD时频能量分析的方法有利于减少实际测量环境下的振动源定位误差,从而提高定位的精度。     

一种改进的AEDA声源定位及跟踪算法

开展了基于麦克风阵列的真实声场环境声源定位的工作。针对传统的自适应特征值分解时延估计算法收敛时间慢、对初值敏感以及不能有效跟踪时延变化等问题,提出了一种改进的自适应特征值分解时延估计算法,该方法通过改进初值设定方法,有效改善了对时延变化的估计。另外,通过引入一个基于相关运算的语音检测算法,提高了定位系统的抗噪声能力。实验表明在真实的声场环境下该算法能够对单个声源的三维空间位置进行实时的定位和跟踪,系统在 1.5m 范围内对声源的定位误差小于 8cm ,声源位置变化时,系统也能准确跟踪声源的位置。     

声波/振动生命搜索与定位系统的定位方法研究

地震后的救助现场情况错综复杂,通过对受困人员发出的各种求救信号的分析,确定适合现场搜救的有效信号,而定位方法的研究是研制和开发声波/振动生命搜索与定位系统的基础.考虑现场救助的困难和时间要求,提出了能量追踪的快速搜索方法.参考天然地震震源定位Giger法,提出了一种能够适用于地震救助现场,基于振动直达波到达时差的定位方法--4点时差定位的搜索理论方法,为声波/振动生命搜索与定位系统的开发提供了理论基础.     

基于分层采样粒子滤波的说话人跟踪方法

利用分层采样方法,融合波达方向和时间延迟两种信息,实现了对说话人的定位与跟踪.分层采样方法考虑波达方向和时间延迟这两种不同观测信息对说话人位置估计精度的差异,将基于波达方向滤波得到的状态后验概率密度函数作为基于时间延迟滤波的重要性采样函数,增强了重要性概率密度函数与后验概率密度函数的相似程度,从而改善了重要性概率密度函数的质量,减小了采样粒子权值的方差,提高了对说话人位置的估计精度.仿真实验验证了该方法的有效性.     

基于到达时间差和频率差信息的机载无源定位方法

提出了一种利用到达频率差和到达时间差信息的机载无源定位方法,分析了定位算法在单次测量定位时的精度和可观测性,计算机仿真结果验证了该方法的正确性和有效性.     

基于总体最小二乘的多麦克风阵列狙击手定位算法

针对战场狙击手威胁日益增加的严峻现实,提出了一种基于总体最小二乘的多麦克风阵列狙击手定位算法。利用空间上随意摆放的多个线性麦克风阵列,通过枪口激波到达各阵列阵元的时延差及方位角,利用总体最小二乘算法对狙击手位置进行估计;并同时可以得到狙击手的射击时间及环境声速。通过仿真证明算法具有较高的测量精度。     

基于自适应Levy飞行改进的TDOA三维定位算法

针对已有的算法在基于到达时间差(time difference of arrival, TDOA)测量方案中存在的搜索能力不均衡，导致三维定位区域局部存在定位精度低甚至求解失败的问题，提出了一种基于改进探路者优化算法(pathfinder algorithm, PFA)的TDOA定位算法，通过将自适应Levy飞行和改进后的PFA算法进行融合，增强了个体对定位区域复杂环境的适应性，解决算法早熟、易陷入局部最优等问题，提升了算法综合性能.通过仿真和实验，结果表明：与Taylor算法、LM算法相比，本文提出的算法(Levy-pathfinder algorithm, LPFA)可以提高定位精度；与PSO算法、PFA算法相比，LPFA算法可以在提高运算速度的同时得到更准确的定位结果.