基于传声器阵列的声源定位

采用基于时延估计(Time Delay Estimation,TDE)的声源定位技术,估计出目标声源到达不同麦克风阵元间的时间差,并结合平面五元十字阵的几何定位模型算法确定了声源位置。针对目前基于传声器阵列声源定位系统定位精度有待进一步提高的问题,提出一种新的定位算法,利用组合传声器阵列阵元相互之间几何位置关系,即通过多个传声器,多方向估计,多个阵列之间综合考虑,确定具有较高精度的声源位置。     

一种基于四元十字麦克风阵的声源定位算法

实现了一种基于四元十字麦克风阵列的声源定位系统。选取四元十字阵作为麦克风阵列的阵型,推导了基于四元十字麦克风阵列的声源定位算法的公式。针对传统互相关时延估计算法在低信噪比、混响大的环境下鲁棒性较差的问题,系统采用广义互相关算法来进行定位的时延估计,并使用Cortex-A8嵌入式平台实现了鲁棒的声源定位系统。     

一种新的基于 EEF 准则的空间声源个数估计算法

针对指数嵌入族（ Exponentially Embedded Families ,EEF）准则在快拍数小于阵元数情况下无法估计声源个数的问题,本文提出一种新的空间声源个数估计算法。首先通过球麦克风阵列采集空间声场高阶信息,建立球阵列信号模型,将声源个数估计扩展到三维空间。继而将观测信号空间分解为信号子空间和噪声子空间,利用最小均方差（ Minimum Mean-Squared Error ,MMSE）方法估计观测信号空间及噪声子空间的协方差矩阵,确保矩阵估计的一致性和准确性。在此基础上改进似然比函数,同时引入新的自由度计算,使得算法在快拍数小于阵元数的情况下能有效估计声源个数。仿真结果表明,在进行空间声源个数估计时,相对于EEF准则,新的算法不仅适用于快拍数小于阵元数情况,同时提高了估计准确率。     

闪电声源定位系统研究

所研制的闪电声源定位系统由四元正方形麦克风声阵列、雷声信号传输系统和信号采集、记录与显示设备等部分组成.结合一次地闪雷声实测数据,采用广义互相关时延估计法计算了雷声信号到达不同麦克风的时间差,依据声光差定距法获得了声源点与麦克风阵列的距离,实现了雷电声源点的三维定位和闪电放电通道的三维重构.通过与同步观测到的雷电电磁脉冲场及大气电场进行对比,表明系统的定位效果较好.     

一种基于重要抽样的麦克风阵列时延估计

麦克风阵列信号处理已经广泛引用于语音处理、通信等领域。时延的精确估计决定了麦克风阵列声源定位系统的性能。将重要抽样的方法应用到麦克风阵列的时延估计中,可以保证时延估计精确性的前提之下,有效地回避了网格搜索和迭代计算,使结果不依赖于初始值,并且降低了计算的复杂度。仿真实验结果表明,重要抽样时延估计方法在计算量降低一个数量级时,仍保持着与ML网格搜索法相近的性能,更适合麦克风阵列时延的实时估计。     

基于双麦克风的2维平面定位算法

基于麦克风阵列的声源定位技术受到了越来越多的关注。在视频会议、助听器、免提电话系统中,声源定位被用于检测说话人的位置信息来自动调节摄像头,或者形成波束。在各种声源定位方法中,基于到达时间差(time delay of arrival,TDOA)估计的双步定位算法是普遍采用的一种行之有效的方法。Birchfield从能量的角度出发提出了一种基于双耳电平差(interaural level difference,ILD)的双步定位算法,它通过检测多个麦克风对所接收到的信号能量比来确定声源的位置。然而,所有的这些方法如果要确定出声源在二维平面内的位置坐标,都至少需要三个麦克风。针对这一问题,本文提出了一种基于双麦克风的二维平面定位算法,类似于人的双耳定位原理,我们通过同时估计声源到达两个麦克风的能量比和时延信息,来达到定位的目的,而进一步推导出的闭合解可以用于实时地跟踪运动声源。最后的仿真结果证明了这一算法在一般的混响条件下都可以获得好的结果,然而它减小了阵列的尺寸,这对于体积受限的通信设备来说具有极大的吸引力。     

一种基于声音定位的激光武器系统

本文开发了一套基于声音定位的激光武器系统,能快速、准确地将狙击手定位.本方案中适用了麦克风阵列,利用声音到达麦克的时间差计算出声源位置,然后控制激光照射声源,完成了基于声音定位的激光武器系统.     

基于MSP430的声音定位系统的设计

声源定位在当今日益智能化的社会中有着诸多方面的应用,特别是在智能控制,军事等领域。文中设计的系统以MSP430F449单片机为控制核心,步进电机驱动的小车作为移动声源载体,设计两个间距固定的麦克风作为接收设备,测量声源发声到麦克风接收到声音的时间差数据,声源通过无线模块接收到数据从而计算出声源的坐标,然后控制声源小车运行到指定坐标实现定位控制。经测试,本系统能精确的控制小车到达指定坐标点,系统工作稳定。     

实时声源定位算法研究与实现

声源定位技术是语音增强、语音识别技术的前提和基础。基于麦克风阵列的声源定位技术已经成为一大研究热点,其广阔的应用前景得到了广泛的关注。本文提出基于变步长标准最小均方差（variable step size least mean square,VLMS）的声源定位算法。该算法利用VLMS算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。此外,本文设计了基于Cortex-A8嵌入式平台的声源定位系统,并进行了相应的硬件选型与调试及算法移植工作。实时实验显示,本系统的方案合理有效,能够较好的实现声源定位。     

基于MSP430的声音定位系统的设计

声源定位在当今日益智能化的社会中有着诸多方面的应用,特别是在智能控制,军事等领域。文中设计的系统以MSP430F449单片机为控制核心,步进电机驱动的小车作为移动声源载体,设计两个间距固定的麦克风作为接收设备,测量声源发声到麦克风接收到声音的时间差数据,声源通过无线模块接收到数据从而计算出声源的坐标,然后控制声源小车运行到指定坐标实现定位控制。经测试,本系统能精确的控制小车到达指定坐标点,系统工作稳定。     

TDOA声源定位中阵列阵型对误差的影响

在麦克风阵列声源定位中,不同阵列阵型及声源频率高低均对定位结果产生影响,探讨上述不同变量对定位结果产生误差的定量分析。使用到达时间差测量(TDOA)算法,运用16个麦克风分别组成十字型、同心圆、方型、L型、Y型阵列,探讨不同形状的麦克风阵列在不同频率声源下所产生的定位误差,并在Matlab上进行仿真分析,尝试得到较为准确的声源定位结果,提出一种误差最小的用于麦克风阵列声源定位的同心圆阵列阵型。     

基于任意麦克风阵列的声源二维DOA估计算法研究

对基于麦克风阵列的声源定位技术进行了研究,分析了基于麦克风阵列的远场信号模型,并结合子空间的方法推导出了声源二维(水平角和俯仰角)DOA估计——2D-MUSIC算法,该算法适用于任意拓扑结构的麦克风阵列。利用MATLAB仿真工具,对几种典型阵列结构进行了对比分析,提出了2种新型的三维麦克风阵列:均匀球面阵和三维均匀直线阵。仿真结果表明,提出的DOA估计算法在二维的均匀圆阵、三维的均匀球面阵和三维均匀直线阵中,均能得到较好的DOA估计效果。     

具有高测向精度的最优麦克风对称阵设计研究

麦克风平面阵列布局方式的不同会导致其测向性能的不同,而现有的阵列设计方法并不能使麦克风面阵的测向性能达到最优且其计算复杂度高。针对该问题,本文提出了基于克拉美罗界（Cramer Rao Bound）的最优麦克风对称阵设计方法。该方法给出了设计最优麦克风对称阵的约束条件,该约束条件能够使各阵元之间的相对位置满足特定的关系,从而提高阵列测向精度,同时也能降低阵列设计复杂度。本文利用该方法设计出了最优麦克风对称阵,并对其测向性能进行了理论分析和仿真验证。结果表明,与常见布局阵列相比,按照本文方法设计出的最优麦克风对称阵的测向性能最优。      

用于窄带声源定位的时延估计算法研究

提出了声源为窄带信号时,用一维麦克风阵列所得数据进行时延估计的算法。将由麦克风阵列采集,并通过窄带滤波器的声源信号建模为窄带信号;通过分析其频谱特征,定义了关于信号传至相邻麦克风时间差的搜索函数,以得出所求时延。对于含有背景噪声的情况,在白噪声环境下,用所得数据向量构造Hankel矩阵,通过奇异值分解法去噪;当存在窄带噪声时,用Chebyshev I低通滤波器构造出带通滤波器,达到去噪目的。最后,给出了实验仿真结果,验证方案的可行性。     

TDOA中几种时延估计算法的比较

在现有的传声器阵列声源定位方法中,基于声达时间差(TDOA)估计定位法计算量较小,定位精度较高,同时也易于实现实时系统,是目前声源定位法中常用的方法。采用该方法最重要的就是进行时间延迟估计(TDE),其精确性直接影响到定位的准确与否。概括了基于传声器阵列的声达时间差(TDOA)估计定位法中几种时间延迟估计的算法,给出了部分算法的仿真结果,分析了每种算法中存在的优缺点并同时指出了需进一步研究的问题。     

浅海环境中垂直线列阵的空间增益分析

在平面波假设条件下,如果线列阵各阵元之间的噪声相互独立,则其空间增益可按简单公式计算。而在浅海环境中,由于到达垂直线列阵的声波并不满足平面波假设,其空间增益需要作出正确估计。提出了一种计算垂直阵空间增益的方法,并通过典型浅海环境下的仿真数据,分析了声源位置、阵元数量、基阵深度和信号频率等因素对空间增益的影响,得到了典型配置下的空间增益值,对水声系统的设计具有参考价值。     

利用相位时频掩蔽的麦克风阵列噪声消除方法

本文提出了一种在干扰声源和背景噪声存在条件下麦克风阵列噪声消除的方法。麦克风阵列通过波束形成增强由导向矢量所指定方向的目标声源来抑制背景噪声。然而,现有的波束形成算法在干扰声源存在的情况下,无法进行准确的导向矢量估计。为此,本文提出一种基于音频信号互相关功率谱相位的麦克风阵列噪声消除方法。首先通过音频信号的相位时频掩码估计导向矢量,并对其进行波束形成,从而有效抑制干扰声源和背景噪声;然后利用语音存在概率,采用最大似然的方法估计波束形成后信号中残留的干扰噪声功率谱密度,对其进行后处理,进一步抑制残留干扰和噪声。实验结果表明在干扰声源和背景噪声存在的条件下,所提方法有效地实现了麦克风阵列噪声消除,且各种性能指标优于基线方法。      

基于刚性圆柱上均匀圆阵的声源方位角估计

本文探讨了存在障碍物时均匀圆阵声源方位角估计问题.以环绕在刚性圆柱上的均匀圆阵为阵列模型,分析了刚性圆柱障碍物对圆阵响应的影响,在柱坐标系下对声场分解所得到的特征波束空间,提出了EB-Unitary-ESPRIT算法,实现了声源方位角估计.计算机仿真结果表明,该算法能较好地估计出空间多个声源的方位角,计算量小,估计精度高,并且具有解相关声源的能力,为相关声源方位角估计的实际应用提供了一种解决方案.     

一种基于麦克风阵列的声源定位算法研究

麦克风阵列声源定位广泛应用于视音频会议系统及枪声定位系统等领域。提出了一种基于最小熵值（ME）的麦克风阵列声源定位新方法,其特点在于利用最小熵值方法对麦克风阵列进行时延估计,并与离散网格方法相结合,对声源进行空间搜索。实验结果表明,在同等混响或噪声条件下,该方法定位优于广义互相关-相位变换方法（GCC-PHAT）。     

麦克风阵列MUSIC算法声源定向的仿真分析

在运用DOA方法估计声源方位时,麦克风阵列的结构参数,对波达方向估计有着至关重要的影响作用。文章采用DOA方法中的经典MUSIC算法,在MATLAB仿真软件上通过改变阵列结构参数,对麦克风阵列多声源定位进行仿真,判断所选择的参数是否更有利于从空间图谱中读取波达方向,并讨论阵列结构参数的改变对波达方向估计性能的影响。仿真结果表明,合适的麦克风阵列参数的选取有利于获得较高精度的波达方向估计。