基于传声器阵列的自动声源定位方法

提出一种基于传声器阵列的自动声源定位方法．该方法首先用一个传声器阵列获取声源信号，然后用基于互功率谱相位的时延估计方法计算传声器对间信号的时间延迟，最后应用Tabu搜索算法搜索最佳声源位置．计算机模拟结果表明，该方法是一种定位精度高、运算量较小的声源定位方法．     

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。     

噪声下基于耳蜗基底膜分频特性的声源定位

在人与人交流中,人耳能很好地定位出周围声音的位置,而在声源定位技术里,基于传统麦克风声源定位在噪声环境下无法精确地定位出声源.根据人耳能准确地辨别出声源这一特性,提出一种在噪声下基于人耳耳蜗基底膜分频特性的声源定位方法.该方法是利用多个麦克风对声源信号进行采集,将采集到的信号通过基底膜滤波器进行滤波、除去与声源无关的噪声,运用空间映射互相关方法对声源进行定位.该方法所定位出的声源位置比传统声源定位技术所定位的位置误差小、精准度高.实验结果表明,噪声环境下基于耳蜗基底膜分频特性的声源定位比基于传统麦克风声源定位技术更接近声源的真实位置;噪声环境下基于耳蜗基底膜分频特性的声源定位具有更高的精度与更好的鲁棒性.     

任意构型传声器阵列阵元坐标标定方法

飞机结构强度试验过程中能够准确、快速定位结构异常声源对于提供试验决策支持和及时发现试验风险方面具有非常重要的意义。在复杂试验环境中,根据现场具体情况任意布设传声器进行声源定位的方式更具适用性。针对飞机结构强度试验的实际需求和复杂试验环境中传声器任意布设的应用特点,进行了任意构型传声器阵列的阵元坐标标定方法研究。该方法的核心是通过声源到两个已知坐标参考传声器的真实时延和测定时延,得到时延测定的系统误差,对待标定传声器与参考传声器时延测定误差进行修正,以保证传声器坐标标定精度满足飞机结构强度试验声源定位的精度要求。以基于信号端点检测的时延算法进行传声器间的时延测定,采用优化算法进行标定方程组的求解,形成了一种适用于飞机结构强度试验复杂环境的任意构型传声器阵列阵元坐标标定方法,并在此基础上建立了一套标定流程。通过验证表明,该方法能够实现任意构型传声器阵列的阵元坐标标定,标定误差为毫米级,达到了飞机结构强度试验中传声器空间坐标标定的精度要求,为实现飞机结构强度试验中异常声源的准确、快速定位奠定了技术基础。     

一种WSN环境下多机器人协作式声源定位方法

研究多机器人协作式任务执行具有现实意义。针对目前机器人声源定位算法不能满足多机器人协作式搜寻声源的场合,提出一种无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)环境下的多机器人窄带声源定位方法。该方法根据接收信号强度对多个机器人的全局坐标进行测距定位,利用到达时间差(Time Difference of Arrival,TDoA)定位方法估计机器人与声源的相对距离,并结合全相位傅里叶变换(all-phase FFT,apFFT)算法提高相对距离的估计精度,最后通过测距定位算法得到声源的全局坐标值。在4个WSN节点和3个机器人组成的系统中进行方法测试,实验结果表明：该方法能实现三机器人协作式的声源定位任务,定位准确率较高,可满足搜救场合中声源定位的要求。     

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。     

多元声阵被动声定位研究

针对五元空间声传感器阵列被动声定位中存在着对目标声源位置估计偏差较大的问题,提出了一种七元空间声传感器阵列被动声定位的数学模型,通过数学推导与计算给出了定位公式.利用误差分析理论对比了两种阵列的定位性能,得出了定位偏差与目标声源的俯仰角,方位角和时间延迟量的关系.使用这2种声阵对100个假设目标声源位置点进行估计计算,通过计算机仿真得出了七元空间声阵具有较高定位性能.     

基于结构化时延估计算法的声源定位研究

针对声源定位研究中无法实现三维空间内高的定位问题、俯仰角以及方位角无法达到360°空间体内系统精度一致性的问题,提出了一种基于结构化延时估计算法的声源定位研究。首先对采集的波形进行去混响滤波处理,提高采集声音信号的信噪比以后,依据空间内拾音器的安装位置以及单元划分,引入细胞单元的结构化模型,该算法首先要根据细胞单元元素位置坐标,在空间体内建立虚拟坐标参考系,依据参考系中方位角、俯仰角、半径,推算出声源发声体在空间中的位置,该算法经过数据采集分析验证具有精度高、定位灵活等特点,适用于生活环境中的大部分场合。     

基于两个L型阵列的远场多声源定位方法

针对传统方法不能准确地测量远场多声源位置的问题,提出了在近场和远场都能用的多声源3D定位新方法.该方法采用两个L型麦克风阵列,在每个阵列通过多声源的频率及到达角的联合估计求得信号源的夹角,基于每个信号源的夹角对估计多声源的位置.通过仿真实验验证了该方法在近场、远场都能准确地测量多声源位置,通过调节两个L型麦克风阵列之间的距离能得到误差在5%以下的声源定位精度.     

任意构型传声器阵列声源定位方法

针对飞机结构静力/疲劳试验中,通过准确定位结构异常声响及时发现结构损伤的实际需求,结合试验现场设备多、环境复杂的特点,提出了考虑复杂应用环境的任意构型传声器阵列声源定位方法。该方法首先通过任意布设传声器获取已知坐标的声源信号,建立传声器坐标标定方程组,采用优化算法进行方程组求解,确定任意布设传声器的空间坐标;随后,将广义互相关法和信号端点检测法相结合计算不同传声器之间的时差,实现声源定位。在此基础上,建立了一套声源定位流程。对该方法进行了试验验证,结果表明:该方法能够在传声器任意布设的情况下,实现声源的空间定位;传声器的空间坐标标定误差为毫米级,声源定位误差为厘米级,达到了飞机结构静力/疲劳试验中异常声源定位的精度要求;与现有的声源定位方法相比,该方法能够实现根据试验现场具体情况任意布设传声器,更加适用于飞机结构静力/疲劳试验复杂环境下的异常声响定位。