基于七元传声器阵列的声源定位算法及性能分析

为了准确定位声源所在空间位置,提高声源定位性能,在分析方位估计算法的基础上,建立七元传声器阵列模型,提出一种声源定位算法。根据阵元间的矢量关系,推导出声源方位计算公式,实现声源定位。利用阵列参数,水平偏角、仰角和声源到阵元中心距离,与定位性能关系,对测距测向精度进行分析。结果表明,该算法声源坐标误差为1.0%,方位角误差为0.5%,具有较好的定位效果。     

基于时延估计的声源定位算法实验研究

麦克风阵列因其相对于单麦克风能够获取更多声源信息,在声源定位的应用上正日益得到人们的极大关注。均匀线阵中,针对信号入射方向靠近阵列的两端阵列分辨力将逐渐降低,利用基于时延估计的声源定位算法时,对不同的信号入射角度以相同的角度误差作为结果筛选的依据的做法,显然不合理。通过分析均匀线阵的特点,当信号以不同角度入射时,以时延点数误差作为不同角度估计结果的筛选门限,并通过实测数据实验,验证了方法的合理性。由于实验使用阵元数少且阵列长度较短,因此实验结果对阵列信号处理的实际工程应用具有一定的参考价值。     

近地炸点声定位算法研究

针对四元十字阵被动声定位算法存在定位精度受目标方位角影响的问题,提出基于时间差技术的五元十字阵算法;研究了五元十字阵阵元间的几何关系与参数的计算,利用球面坐标法及最小二乘法推导了目标定位计算式,进行了系统误差分析;实验结果表明,该算法提高了炸点的测距与测向精度,改善了目标方位角对弹丸炸点的定位精度的影响;与四元十字阵算法相比,五元十字阵算法在距离、方位角和俯仰角的误差分别是1.33m、0.0003°和0.44°。     

基于麦克风阵列的声源定位系统设计

从系统的角度对真实声场环境下基于到达时间差的声源定位算法进行了研究,搭建了基于麦克风阵列的声源定位系统,将LabVIEW应用于声源定位软件的开发,方便地完成信号的采集与处理,运用广义互相关函数法进行时延估计,结合平面四元十字阵模型建立方程组实现定位。该系统人机界面友好,具有较强的数据分析和处理能力,能及时跟踪声源的位置变化。     

具有声定位功能的无线传感器网络节点设计

介绍一种具有声定位功能的无线传感器网络节点,可以实时测量目标节点的方位和距离。对目标方位的估计基于四元十字阵列的时延估计法,对目标距离的估计采用TDOA机理的测距原理。实验测试表明,整个系统在空闲状态下的电流不大于20 μA,在15 m的范围内,距离误差小于3%,方位角误差则随着采样率或阵元间距的增大而减小。     

基于五元立体声阵的被动定位系统设计

半主动激光寻的制导技术因其高精度而广泛应用于导弹、炮弹和炸弹等领域,但配套的目标激光指示始终是困扰其使用灵活性的最主要问题.针对无人值守激光目标指示器全空域目标被动声定位的系统需求,设计了一种五元立体声阵并制作了原理样机,推导了基于时延估计的目标定位参数解的表达式.通过对悬停直升机目标进行声测定位结果分析表明:五元立体声阵可以实现对声源目标进行测向和测距,角度估计精度较高,误差小于2°.     

未知噪声背景下多声源方位角的估计方法

以平面波、窄带声源的阵列测向模型为基础,利用阵列信号处理的理论和方法,在假设理想的白噪声背景下,对均匀线阵接收的信号数据,采用多信号分类法（ＭＵＳＩＣ法）,利用其正交性的谱估计来判断声源的方位角。在此基础上,对不少实际环境中的噪声模型是非白和不确定的情况下,提出一种辅助阵元的方法,以确定在未知噪声背景下利用ＭＵＳＩＣ法确定多声源的方位角。声学实验证实,在实际环境中,该方法能很好地分辨多声源的方位角,且标准差很小。通过与假想的白噪声环境进行对比,本文方法能有效地消除实际环境带来的测向误差,大大提高测向分辨率,由此证实了该方法的有效性。     

室内多站测向交叉定位性能分析

分析了常用的无源定位方法在室内定位中的适用性;分析了双站测向交叉测向定位的解析算法的GDOP,并对4组参数情况下的GDOP进行了仿真比较;分析了三站三维测向交叉定位的基本算法与基于泰勒级数的定位算法的GDOP,做了仿真比较,并将该算法推广到四站测向交叉定位算法;仿真结果表明:在测向误差为5°时,四站交叉测向定位算法的定位误差在1 m以内.     

基于误差修正的DV-Hop传感器节点定位算法

传统的DV-Hop传感节点定位算法,估计未知节点与各锚节点之间距离是用跳段距离代替直线距离.在实际网络定位环境中,未知节点和锚节点之间多数是折线连接.当平均每跳距离的估计值与实际值的偏差较大时,未知节点到锚节点之间估计距离与实际距离之间的误差会增大.为解决上述问题,提出一种粒子群优化算法修正DV-Hop算法定位误差的传感器节点定位方法.采用DV-Hop算法估计待测节点和锚节点之间距离,通过三边测量法确定节点的位置,并将传感器节点定位问题转换成一个多约束优化问题,最后通过粒子群优化算法对定位误差进行修正,并通过仿真对其性能进行测试.仿真结果表明,相对传统DV-Hop算法可大幅度提高传感器节点定位精度,符合无线传感器网络定位需求,具有较好的应用价值.     

基于三维球形分割的无线传感器网络定位算法

为了解决无线传感器网络定位精度问题,根据三维球形分割技术提出了一种新的定位算法。首先,该方法结合锚节点间的平均距离和网络平均连通度来计算未知节点到各个锚节点的距离,并给出了定位误差计算方法。其次,基于三维球形分割对上述指标进行优化,详细阐述了位置节点的三维坐标获取方法,以此建立定位算法。最后,通过数值仿真实验研究影响定位算法的核心因素。实验结果表明,与DV-HOP算法和加权质心算法相比较,该算法在定位误差上得到较大程度改进。     

基于非线性规划模型的分布式声定位算法研究

在使用分布式麦克风阵列对目标声源进行定位时,为使定位误差达到最小,目前常采用最小二乘估计算法。但该算法会导致距目标声源越远的节点对定位结果的影响反而会越大,如果优先选取距目标声源较近的节点进行运算,又会造成未参与运算的节点定向信息的浪费。针对此问题,利用非线性规划理论,建立分布式声定位的非线性规划模型。仿真结果表明:采用非线性规划模型后,距目标声源较远的节点对定位精度的影响比最小二乘法小;当监测区域内可用节点数目较少时,此方法能有效提高定位精度。     

基于非同步采集方式小型声源定位系统设计

利用非同步采集设备,通过广义互相关(GCC)时延估计算法,估算出通道间的相对时延;对非同步采集方式产生的时延误差进行软件补偿;利用基于到达时间差(TDOA)声源定位算法的双步定位特性,估算出声源的位置.分别设计了四元均匀线阵系统和四元平面十字阵列系统对以上方法进行验证,系统能够较准确地实现对声源方位的估计.     

基于双麦克风的室内语音分离与声源定位系统

为了探究利用两个麦克风进行多声源分离和二维平面定位的可能性,提出了一种基于双麦克风的室内语音分离与声源定位系统。该系统根据麦克风采集的信号,建立了双麦克风时延-衰减模型,然后利用DUET算法估计了模型的时延-衰减参数,并绘制了参数直方图。在语音分离阶段,建立了二进制时频掩膜（BTFM）,根据参数直方图,结合二值掩蔽的方法对混合语音进行了分离;在声源定位阶段,通过推导模型衰减参数与信号能量比之间的关系,得到了确定声源位置的数学方程组。利用Roomsimove工具箱模拟室内声学环境,通过Matlab仿真和几何坐标计算,在对多个声源目标分离的同时完成了二维平面中的定位。实验结果表明,该系统对多个声源信号的定位误差均在2%以下,有助于小型系统的研究和开发。     

可识别声源深度的三维声聚焦波束形成方法

当前平面传声器阵列结合波束形成方法进行声源识别定位时,存在不能确定声源相对全息测量阵列距离的问题,提出了可识别声源深度的三维声聚焦波束形成方法。基于球面波声场模型和波束形成方法,在不同深度的平面上进行声聚焦,首先根据聚焦面上波束形成功率的最大点位置沿聚焦深度方向（即z方向）的轨迹变化判断声源在z方向的位置,再进一步确定声源在x和y方向的位置。为验证方法的有效性,在点声源构成的声场中进行了仿真验证,并且在全消声室内进行了单声源及多声源识别定位的实验验证。仿真结果和实验结果一致表明：该方法能够实现基于平面阵列的三维空间中声源的识别定位。     

改进的距离重构三维定位算法

针对三维定位算法中节点坐标转换精度低的问题,在距离重构多维定位算法DR-MDS的基础上,提出了改进的距离重构三维定位算法。该算法在距离重构和MDS-MPA算法的思想下,采用优化的最小均方根偏差几何中心修正算法RMSDGCC(Root Mean Square Deviation-Geometric Center Correction),先计算出坐标转换矩阵,然后利用锚节点的几何中心对所有节点进行修正,实现节点从相对坐标向绝对坐标较高精度的转换。算法可以实现有效的坐标转换,获得较好的定位效果。实验结果显示,与原多维定位算法相比,在不引入测距误差的情况下,改进算法在测距半径为15 m时定位精度提高14%,定位误差缩小至0.63 m,测距半径为35 m时,定位精度提高87%,定位误差几乎为0。该改进算法在三维空间中有更高的节点定位精度。     

四元声传感器面阵快速测向算法及误差分析

为了对低速移动的声源目标进行较高实时性的方向跟踪,把四元声传感器面阵分为两个二元线阵,分别对目标进行测向,然后融合两组测量结果,给出了目标方位角的计算公式.根据线阵在被跟踪目标方位角不同时测向精度的不同,用加权因子增加较高精度的线阵测量结果的影响,降低误差较大的线阵测量结果的影响.该算法可对传感器阵列所在平面内任意方位的声源快速进行测向,完成一次测向只需对两对时间采样序列分别进行互相关运算,并可获得较高的定向精度,通过实验验证了该算法的精度和有效性.     

基于RSSI的测距差分修正定位算法

为了抑制RSSI误差对无线传感器节点自身定位精度的影响,以三边定位算法为基础,定义了个体差异差分系数、距离差分系数和距离差分定位方程,把离目标节点最近的信标节点作为参考节点对基于RSSI的测距进行差分修正,并将差分法和质心法相结合提出了一种测距差分修正定位算法。该定位算法无需增加额外硬件开销,容易实现,定位误差可小于2.5m,适合于处理能力和能量有限的无线传感器网络节点。     

Incorporation of acoustic sensors in the regulation of a mobile robot

This article introduces the incorporation of acoustic sensors for the localization of a mobile robot. The robot is considered as a sound source and its position is located applying a Time Delay of Arrival (TDOA) method. Since the accuracy of this method varies with the microphone array, a navigation acoustic map that indicates the location errors is built. This map also provides the robot with navigation trajectories point-to-point and the control is capable to drive the robot through these trajectories to a desired configuration. The proposed localization method is thoroughly tested using both a 900?Hz square signal and the natural sound of the robot, which is driven near the desired point with an average error of 0.067?m.     

信标欠定时的井下人员定位算法

煤矿井下人员定位常采用3个以上信标对目标节点进行定位,这样,同时收不到3个以上信标信号的目标节点就无法采用该方法进行定位。为了对这些目标节点进行有效的定位,结合煤矿环境实际情况,提出了一种信标欠定时的井下人员定位算法。首先,利用信标节点实际位置获得的定位区域内距离误差的权值对目标节点的测距误差修正,提高定位区域内目标节点的距离测量精度。然后利用可参与定位的信标精确位置和目标节点测量的经修正后的距离量,通过坐标的平移、旋转等转换,实现目标节点的定位。仿真结果表明:该算法能够有效地提高信标欠定时目标节点的定位精度,弥补了现有基于三信标及其以上情况下目标节点定位应用中的不足。