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．     

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。     

一种基于传声器阵列的室内声音定位方法研究

提出一种使用多个声源进行室内声音定位的方法,能够在室内平面空间内进行坐标定位,为室内移动机器人的定位和导航提供了一种可以通用的方案.采用传声器阵列分别获取各声源声波的到达时间差,并对各声源进行定位.通过对多个固定位置声源的定位,根据声源位置和传声器阵列的几何关系,计算或者估计得到待定位单元的坐标.     

基于Tabu算法的声源定位方法

提出一种Tabu搜索算法的声源定位方法．该方法在获得声源信号后,使用基于声到达时间差TDOA方法计算信号的时间延迟,最后应用Tabu搜索算法搜索最佳声源位置．模拟结果表明,该方法是一种定位精度高、效率高的声源定位方法。     

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。     

室内声场之混响时间与声源特性对空间声源定位的影响

根据Morimoto（1989年）的报告，当考虑厅堂中空间感声定位的影响时，混响声能（T60=0.3、0．9s）可视为早期反射音声能（延迟为80、160ms）来探讨，但音乐样本仅限于莫扎特第41交响乐第4乐章．为证明空间声源定位的敏感性取决于音乐的结构特性，文中以样本A（Royal Pavane by Gibbon，τe=127ms）、样本B（Sinfonietta，Opus48；Ⅳ movement；Allegro con brio by Arnold，τe=35ms）和样本S（Speech，female，τe=23ms）为音乐样本，根据Y．Ando的声场设计理论——理想混响时间的决定因素是声源自相关函数的有效时延（τe），将混响时间设为短（0．3s）、中（0．9s）及长（2．0s）混响．12位受试者判断的声源定位，通过正态分布标度法在两个水平刺激角中加以确定．结果表明，声源样本A的准确度最高，而样本S最低（P〈0．01），这主要是由于它们的τe不同造成的，即声源样本之间混响声声像定位感的显著差别将对人的声源空间感产生影响．至于混响时间，文中未发现其对空间感的影响有所不同．     

人耳对声源定位的时差研究

通过对３５０名健康青年对声源定位的时差测定，发现当声频在１００～１３２０Ｈｚ之间，时差仅为１５～２６μｓ．统计分析表明，随着声频的增高，人耳对声源定位的时差越大，声源定位的时差敏感性越低．在各种声频，男女的声源定位时差都具有显著性差异．女性的声源定位时差小于男性，声源定位的时差敏感性较高。     

一种简单的三维空间声源定位方法

为了简化使用话筒阵列对空间声源的定位，文中提出了一种简单的三维空间声源定位方法．该方法在直角坐标轴上放置4个麦克风，声源到达麦克风对之间的时间差可以由测量接收信号的互相关函数得到．由到达时间差和一个近似的锥模型可以很容易得到声源相对于3个坐标轴的方位角，从而转换成极坐标系中的方位角和仰角．相比较已有方法：该方法具有简单易行、计算量小的显著优点．     

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。     

基于次梯度投影的数字助听器自适应声源定位方法

该方法在特征值分解算法的基础之上,利用次梯度投影方法自适应估计声源到麦克风的脉冲响应系数,进而估计出各麦克风之间时延,并利用几何方法定位声源在3D空间的位置.与传统的基于广义互相关的时延估计算法相比,提出的算法在房间反射与共振的情况下定位精度更高;与基于NLMS算法的自适应特征值分解时延估计算法相比,提出的算法收敛速度更快,并且在强噪声的情况下鲁棒性更强.基于眼镜数字助听器声源定位系统的实验与仿真研究了麦克风阵不同的几何尺寸对算法性能和定位精度的影响,证明了在不同信噪比情况下该算法都能有效定位声源的3D空间位置.     

一种基于离散时延的鲁棒声源三维定位方法

为了减少相位变换加权的可控响应功率(SRP-PHAT)声源定位算法的计算量,提出一种基于离散时延的改进算法.该方法首先利用FFT将麦克风阵列的每一帧接受信号变换到频域,然后在频域补零至16倍帧长,再运用IFFT将所有麦克风对的广义互相关函数在搜索之前计算好,从而可大幅度减少计算量.频域补零提高了广义互相关函数的采样率,因而由时延离散带来的定位误差很小.仿真结果表明,无论在远场还是近场条件下,该算法均能将计算量降低一个数量级而保持原算法的鲁棒性.     

基于麦克风阵列的近场声源定位

根据近场语音信号的特点,研究使用麦克风阵列的近场声源定,位技术.为了克服MUSIC算法本身的局限,对阵列的输入信号进行时一频变换并抽取子带,在此基础上估计声源的数量并对实现对语音信号的定位.最后,根据谱峰的特点,提出了一种快速谱峰搜索算法.仿真结果表明,在有混响的房间中,算法有效的提取了声源的方位.     

基于卷积神经网络的移动机器人声源定位方法综述

听觉系统是机器人感知周围环境信息的重要途径之一,精准有效地进行声源定位,可极大提高移动机器人的感知与决策能力。将声源定位应用于危险环境救援与巡检具有重要工程意义。随着深度学习的广泛应用,引入卷积神经网络(convolutional neural networks, CNNs)的声源定位效果显著改善。将移动机器人声源定位研究从网络架构与改进、声音特征类型、数据仿真与增强,以及多模态信息融合四个角度进行综合对比及分析,并对技术的应用提出思考与展望。     

基于广义互相关改进的麦克风阵列声源定位方法

基于麦克风阵列的声源定位技术因其安全性和隐蔽性,涉及军事和民用等诸多领域.其定位方法大体可以分为三类:基于到达时延估计(Time Difference of Arrival,TDOA)、基于最大输出功率的可控波束形成和高分辨率谱估计,其中基于广义互相关(Generalized Cross Correlation,GCC)的时延估计进行声源定位的算法因其运算量小、定位精度高而得到了广泛的应用.但在实际应用中,环境噪声的存在使传统的GCC加权算法的定位精度不高,所以有一定的局限性.针对这一问题,构建三元直角三角形麦克风阵列,利用时延估计进行声源定位,改进传统的PHAT相位加权算法,提出基于广义互相关的SCOT/PHAT联合加权时延估计算法.通过对不同加权函数的广义互相关时延估计算法进行Matlab仿真对比,结果表明:在小信噪比环境下,该算法较传统的广义互相关算法具有更强的抗噪能力.     

基于压缩感知的麦克风阵列声源定位算法

为了提高麦克风阵列在高混响、低信噪比环境中的定位性能,提出了一种基于压缩感知的声源定位算法.该算法将声源定位问题转化为稀疏信号的重构问题,将不同位置的房间冲激响应作为特征以构建字典.首先,将麦克风接收信号转换至频域,从具有较高能量的频点中求得一组扩展的频域声源信号矢量,该矢量中包含了声源的位置信息.然后,在频域中整合这些扩展的声源信号矢量,使声源的位置信息更突出,矢量中最大元素所对应的空间位置即为声源的位置估计.仿真实验结果表明,与相位变换加权的可控响应功率(SRP-PHAT)定位算法相比,所提算法的定位成功率更高,对混响的鲁棒性更强,更适合高混响低信噪比环境中的声源位置估计.     

利用头相关函数实现虚拟声源和运动声源

在分析人耳对声音的音源的定位原理的基础之上,利用头相关函数实现了基于耳机的虚拟声源.进一步通过两种方法建立了运动声源的模型,并通过多人试听的方法对两种模型的效果进行了比较.     

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。     

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.     

WSNs中节点协同声源定位协议研究

声源定位是无线传感器网络重要的应用领域之一.由于实际环境中的声源大部分是运动的,因此设计一种快速准确的声源定位协议是关键.文章研究了一种多传感器节点协同的声源定位协议,完整考虑了节点处理声音和射频信号的响应时间,分析了它们对该声源定位协议定位精度的影响,推导出声源定位边界性条件.实验结果表明该协议相对于现有的精确声源定...     

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。