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。     

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.     

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。     

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。     

高压水射流靶物反射声分解与重构方法研究

为了解决线性传声器阵列采集的高压水射流反射声解耦、重构和定位问题,以传统独立成分分析(ICA)理论的旋转因子乘积法为基础,构建了一种迭代式ICA方法,介绍了其算法原理.设计了线性阵列排列的多通道水射流探测与反射声采集系统进行实验,用多路仿真声音信号和传声器阵列实际采集的反射声信号进行算法验证.结果表明:构建的迭代式ICA方法能够精确分解、重构线性传声器阵列采集的高压水射流靶物反射声信号,而且可以消除环境噪声及不同声源干扰信号的影响,重构信号与源标准信号的顺序一致,保留源标准信号的大部分特征信息,可以用于后续的高压水射流靶物分类识别与定位.     

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.     

高压水射流靶物识别传声器阵列优化设计

为了提高高压水射流靶物探测中的靶物定位精度,利用直线型传声器阵列和圆弧形传声器阵列分别进行靶物探测定位,介绍了基于到达时间差的声源定位算法的两种传声器阵列的探测定位原理。利用2L-301型传声器阵列分别搭建了仿真实验装置,利用Lab VIEW和Matlab软件编制了相应的数据采集与处理软件,进行了两种传声器阵列探测定位精度对比和阵列参数优化实验。实验结果表明,圆弧型传声器阵列对高压水射流靶物的定位精度(9.03mm)远高于直线型传声器的定位精度(88.89mm),各传声器相邻最佳距离为200mm,对应的最佳圆周角为30°。     

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．     

基于四阶矩的单矢量水听器多声源定位算法

为了克服基于四阶累积量的矢量水听器声源定位算法的计算复杂度高、运算量大以及定位精度不高等问题,提出一种基于四阶矩的单矢量水听器多声源定位算法.该算法利用信号四阶矩的性质,将单矢量水听器阵元数和声源数进行虚拟扩展,从而得到更多的多声源定位信息;通过提取有效阵元的方法减少了冗余,利用搜索峰值方法得到期望的多声源方位.理论分析和实验结果表明,该算法有效降低了计算量、提高了定位精度,克服了基于高阶累积量的矢量水听器定位算法的不足.     

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。     

机组组合的混合编码遗传/tabu搜索组合算法

通过对遗传算法和tabu搜索的各自运算特性进行分析,文章提出了一种混合编码遗传算法与tabu搜索策略结合的组合算法,并运用组合算法对机组优化组合问题进行了求解。组合算法较好的结合了遗传算法的大规模寻优特性与tabu搜索的强局部搜索能力的特点,较大地减小了算法陷入局部最优的概率,能快速搜索到高质量的系统优化解;而且算法所采用的混合编码策略避免了每一迭代步上的负荷经济分配计算,大大地减少了计算量,提高了搜索速度。实例仿真结果表明,这种组合算法是有效的。     

基于MSP430的声音定位系统设计

本系统是用MSP430G2452单片机产生频率为500Hz的方波信号,该信号用三极管进行放大及驱动后输入到扬声器作为声源。接收部分使用麦克风进行接收,再通过对四个麦克风接收到信号的时间先后进行处理,经过一套比较完善的算法可得声源的坐标,即可进行声源定位。然后经过后级的更精确的算法,当声源移动时,可实时检测到声源坐标。     

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.     

基于时延估计的远场被动声源定位算法

现有的基于时延估计的声源定位算法大多假定声源是近场源,而在手机等手持式声源定位设备这种小尺度传声器阵列的应用场景中,声源主要为远场源。传统的基于时延估计的声源定位算法在处理远场源时,效果不佳。为了实现在该类情景中快速而准确地定位,提出一种适用于远场源的定位算法;同时提出一种用于计算广义互相关-相位变换(generalized cross correlation phase transformation, GCC-PHAT)时延估计结果置信度的算法,置信度用于估算时差(time difference of arrival, TDOA)协方差矩阵和选用传声器对。将传声器视为节点,用置信度表示节点间的距离。将传声器对的选用问题转化为图论中的路径规划问题,即寻找经过所有节点的最长路径。MATLAB仿真实验结果表明：当声源归为远场源时,与传统Chan算法相比,本文提出的远场定位算法在准确度和精度方面都有很大优势。采用基于路径规划的传声器对筛选算法后,远场定位算法将具有优异的抗干扰能力,在低信噪比或者高混响时间等恶劣声学环境下,也具有令人满意的定位效果。     

基于禁忌搜索的无线传感器网络多源定位研究

针对无线传感器网络多源定位容易陷入局部最优的情况,提出基于禁忌搜索的多源定位方法.通过测量多个声源发出的能量建立声音能量模型,估计出模型中的声音能量和声音位置等参数,然后使用8邻域3层格点的邻域产生方式,并合理选择禁忌表长度、初始解等禁忌算法的基本参数,有效避免了多源定位易陷入局部最优的情况.将禁忌搜索算法和多分辨率搜索算法、EM算法、AMR算法进行比较,仿真结果表明,禁忌搜索能够很好地避免局部最优,且定位精度高于其他几种算法,计算复杂度相对较低.     

一种融入小生境技术的遗传禁忌算法

针对遗传算法在全局优化问题中容易出现早熟和收敛速度慢,禁忌搜索强烈依赖于初始解等问题,根据遗传算法和禁忌搜索算法自身的特点,分析两者的优势和不足,提出了一种融入小生境技术的遗传禁忌算法.该算法采用融入了小生境技术的遗传算法作全局搜索,用禁忌搜索算法作局部搜索,可以加快收敛速度,同时可以抑制早熟现象,避免过早收敛到局部最优.分析和实验结果表明,该算法能很好地抑制早熟收敛,同时在计算速度和计算结果方面都有改进,是一种快速有效的优化算法.     

基于时延差特征参数判别的牛顿迭代振源定位搜索算法

 时差定位系统的定位精度, 主要受时间差测量和传感器几何分布的影响。由于受环境的复杂性、目标的移动性和定位的实时性制约, 时延差准确与否一直是困扰研究人员的问题。本文提出一种基于信号特征参数判别的时延差误差估计方法, 应用该方法分别对牛顿迭代搜索定位算法的搜索初值和结束条件进行了改进:首先利用各传感器的特征信息, 确定各传感器信号的信度;其次, 选择3 个可信度高的传感器进行目标定位, 其结果作为牛顿迭代搜索的初值, 避免了传统方法确定初值的复杂繁琐的计算;第三, 将各传感器的信度作为牛顿迭代搜索结束条件的权值, 使得结束条件更合理、更贴近实际。实验证明了本算法定位精度高、鲁棒性强。