基于提升小波时间延迟估计的被动声定位研究

 在七元空间声传感器阵列被动声定位的数学模型下,针对一阶离散小波时间延迟估计算法在低信噪比的环境下,存在着时间延迟估计精度较差,导致对目标声源定位精度较差的问题,提出一种基于提升小波时间延迟估计算法.通过仿真和计算证明改进后的算法在低信噪比的环境下估计出较高精度的时间延迟量,计算简便,运行效率较高,提升了七元空间声阵定位的精度,达到了简化算法的目的.     

水下目标多元声传感阵列网络定位方法

针对由于环境干扰因素等影响水下目标精确定位的问题,提出了采用以声传感器为核心的多五元声传感阵列网络定位方法。根据水下空间环境,建立了多五元声传感阵列网络定位空间数学模型,研究与分析网络结构的多五元声传感阵列定位算法,给出了水下目标多五元声传感阵列网络定位参数的计算式及误差分析。分析表明:多五元声传感阵列网络定位参数的精度与声传感器阵列的布阵方式和声传感器之间的时延密切相关,随着时延的增大,水下目标方位角、俯仰角及距离误差也增大;通过采用单五元声传感阵列定位算法和多五元声传感阵列网络定位模拟对比实验,在同一区域下,多五元声传感阵列网络定位算法测量误差小于单五元声传感阵列定位算法测量误差,验证了水下目标多五元声传感阵列网络定位具有测试精度高的优点,为水下目标的精确定位及精确制导研制提供了技术方法,为开拓水下目标检测奠定了基础,具有很高的应用价值。     

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.     

网络传感器阵列目标定距定向的影响因素研究

基于声阵列信号时延估计、双曲线目标定位方法,推导了平面任意三元阵目标定向、定距计算公式,并采用该公式对声传感器阵列定位应用中的时延估计误差、阵列孔径大小、阵元布放误差等因素造成的目标定距、定向误差进行了计算和分析研究. 计算结果表明:在同样的初始误差条件下,采用大孔径阵列可以显著降低定距及定向误差,且定向精度的需求比较容易满足而定距精度的需求较难满足.      

基于扩展Kalman滤波的声阵列定位数据融合算法

利用各阵元和目标相对于一中心阵元的几何关系建立目标运动方程，坐标变换方程和声阵列测量方程，并以此建立了声阵列目标定位模型。在此基础上提出了基于扩展Kalman滤波算法的目标定位数据融合算法。通过地面目标和空中目标的计算机仿真表明，本算法能够有效地克服由于智能雷布阵的随机性给智能雷定位数据估计带来的困难，对声阵列定位数据也能进行较好的融合，对提高定位精度有一定效果。     

面向HBT干涉定位的直线式传感阵列结构优化

针对阵列中传感器阵元对声源定位性能的贡献率不同,开展了基于Hanbury Brown and Twiss干涉定位的阵列优化研究。首先,根据声场HBT干涉定位原理,建立了八元直线传感阵列的声学定位理论模型。其次,以阵列定位误差在1%以内为目标,对八元直线传感阵列进行拓扑仿真优化,得到5种四元直线传感阵列。最后,通过实验验证,仿真优化得到的5种四元直线传感阵列中有2种阵列的定位误差在1%以内。通过对传感阵列拓扑优化的研究,能够降低传感器的个数,且保证对声源的定位性能不变,从而减少了阵列信号处理的复杂性。     

虚拟声屏障系统中虚拟传感器位置的优化研究

对于某一特定目标区域,虚拟声屏障系统的误差传感器阵列处于目标区域中某一最优位置,其降噪量最大.然而,误差传感器阵列处于目标区域中会妨碍人头的活动.使用虚拟传感器技术,将虚拟传感器布放于目标区域中,物理传感器布放于目标区域边界,可以解决此问题.前述最优位置即为虚拟传感器的理想最优位置.由于虚拟传感器处声压预测方法的限制,存在一个虚拟传感器的实际最优位置,虚拟传感器布放于实际最优位置时系统性能比布放于理想最优位置时好.控制声源与物理传感器距离较远时,即使虚拟传感器布放于实际最优位置,系统性能与误差传感器处于目标区域边界（不使用虚拟传感器）相比改进不大.然而,控制声源与物理传感器距离较小时,虚拟传感器布放于实际最优位置,与不使用虚拟传感器相比,系统性能提高明显,在550Hz以下低频,系统降噪效果有5dB以上的增加,取得10dB有效降噪静区的上限频率也大幅提高.     

基于极大似然的智能地雷被动声阵列测向

被动声定位是智能地雷的关键技术之一，其中声传感器阵列测向确定了目标的方位角信息。通过Cramer—Rao下界分析了影响测向精度的因素，并将极大似然估计应用于智能地雷均匀圆阵的测向技术中，通过外场测试对坦克目标进行了相关的测向分析，结果表明精度满足智能地雷的系统要求。     

仿生MEMS声定位传感器的设计与仿真

针对目前声定位采用声传感器阵列所带来的系统结构复杂、体积较大的缺点,以奥米亚寄生蝇的听觉系统为仿生模型,详细分析了其生物学模型,并利用MATLAB对其力学模型进了仿真分析。结合仿生学,设计了一种新型MEMS声定位传感器。利用ANSYS对该传感器进行了声-结构耦合分析,分析得出,该传感器能够敏感声源入射角的变化,在声源频率为2597 Hz,在入射角在0-180°变化时,传感器两薄片的振动强度差的变化范围为-6.17 dB至5.8 dB。     

一种简易被动声直升机定位系统

利用简易被动声传感器阵列进行直长升机目标定位。定位系统由４个成平面上四边形的声传器阵列,多通道声信号同步采集器和ＴＭＳ３２０高速信号处理器,随动控制系统构成。     

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。     

基于声音传感器阵列的空间定位系统

 声源定位技术在视频会议、语音识别、目标定位和助听装置等领域有着重要的应用。声音传感器阵列相比单个声音传感器来说,除了可以提高信噪比外,还能够实现声源的定位和跟踪。本文采用TI MSP430F149单片机为声音传感器阵列空间定位系统的控制核心,选择蜂鸣器为声源,空间坐标系上的各接收器对采集到的声音信号进行放大和滤波处理,单片机控制器根据各接收器处理后的信号,运用基于时延的定位理论形成空间坐标系定位算法,定位声源。     

基于声学定位技术的关门声品质改进设计

关门声品质成为影响我国自主品牌汽车品质的关键因素。以提升某自主品牌SUV关门声品质为目标,开展声品质心理声学参数与主观评价的相关性分析研究,得出影响关门声品质的心理声学参数主要包括响度、尖锐度等;利用声学定位技术定位影响关门声品质的主要声源,结合噪声源位置,对车门关闭过程存在的多次碰撞提出改进方案;利用小波分析技术、心理声学分析方法以及主客观相关性评价结果验证整改方案的有效性,从而获得一整套基于声学定位技术的关门声品质改进设计方法,为全面提升自主品牌SUV整车品质感提供理论支撑。     

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。     

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.     

基于Multi-Agent信号峰频逆源技术研究

在储罐中为了识别到达传感器波的主要模式,开展了将Multi-Agent理论与声发射检测技术结合,并基于岩石中声波传播频散和衰减经验,推演出适用于储罐底板的声源峰频计算公式。通过多传感器线性阵列和圆形阵列声发射实验测试,频率推演能获得准确的源峰值频率值。通过反推声源峰值频率可以推断声源的特性,从而提高评价结果的准确性。与声源峰值频率真值相比,多阵列计算获得结果的误差要低于单阵列逆源结果,反映了Multi-Agent技术用于声源逆源的优势。线性阵列与圆形阵列实验计算得出的声源峰值频率误差均在5%以内,说明该算法准确性很高,可以用于反推声源的峰值频率,对于储罐声发射检测与评价具有一定的应用价值。     

基于改进时延估计的声源定位算法

针对强噪声和强混响条件下, 室内声源定位算法收敛速度慢和定位精度低等问题, 提出一种基于改进时延估计的声源定位方法. 该方法建立在单源多元混响模型下, 首先用四元十字型麦克风阵列估计时延; 然后在广义互相关时延估计算法的基础上, 引入二次相关法以削弱噪声干扰, 同时采用LMS(最小均方)自适应滤波算法弥补广义互相关方法的不足, 提高混响环境下的时延估计精度; 最后, 通过远场近似几何方法定位声源. 实验结果表明, 与相位变换加权广义互相关函数(GCC-PHAT)算法相比, 该方法具有较好的抗噪能力与抗混响能力, 能获得更准确的定位结果.     

基于TDE技术的声源定位算法

针对基本互相关法在估计时延时没有明显的峰值及实际环境中的噪声会减损峰值,甚至出现伪峰的问题,提出了一种基于广义互相关的改进时延估计方法,并结合麦克风阵列结构,实现了基于两步定位的声源定位.通过仿真实验验证了该方法在有噪声的环境下能准确测量声源的位置,定位的平均距离误差和平均方向角误差都低于5%,且方向角在30°～150°、距离在1.1～2.3m时定位成功率达80%以上.     

基于声全息的超透镜成像改进方法研究

针对空间Fourier变换的倏逝波近场声全息研究方法存在的缺陷,提出了在近场用声学超透镜代替离散分布在全息面上的声传感器的改进方法。先将声源信息汇聚于一点,再用声压传感器在聚焦点采集声源信息,实现声源识别、定位以及重建,从而有效地避免因离散采集而带来的"窗效应"和"卷绕误差"。建立物理模型,运用COMSOL软件模拟仿真,得到入射波与透镜汇聚声波的能量值比值接近1,成像效果良好,应用前景广阔。