基于环形阵列的近场多声源波达方向跟踪

针对基于可控功率响应的多声源跟踪算法定位复杂度高,且弱声源易受强声源影响而造成无法跟踪的问题,提出了一种利用环形阵列的近场多声源波达方向跟踪方法,首先利用语音信号在时-频域的稀疏性和声源间的屏蔽效应定义了信号的相关性,并利用相关性检测主声源较强的帧,其次利用环形阵列结合SRP方法获取单帧主声源的方位角,然后集合多帧的数据从方位角的统计直方图中分析出当前声源的数目和所在方位。仿真实验结果表明,本文方法对声源数目估计的准确率为92%,且具有较高的方位角跟踪精度,其误差小于1.5?,因此可有效应用于近场环境中声源数目和方位的跟踪中。     

基于GCC-nearest时延估计的室内声源定位

由于广义互相关(GCC)时延估计算法计算量小、实时性好,因此广泛应用于室内声源定位。针对GCC算法在工程实现时对采样频率的要求较高的问题,提出了基于nearest插值的GCC时延估计算法,采用升采样的方法减小了GCC因时间粒度而导致的误差。仿真结果表明:在同等采样频率下,与传统GCC相比,GCC-nearest时延估计精度明显提高,误差保持在0.05us以内;提高了室内声源的三维定位精度,其中方位角的误差在0.01°以内,俯仰角的误差在0.024°以内。     

修正极坐标系中基于AOA的近似无偏定位方法

提出了一种基于到达角(Angle-of-Arrical, AOA) 测量值的近远场统一定位方法。使用修正极坐标(Modified Polar Representation, MPR)代替了传统的笛卡尔坐标来表示目标源坐标,以避免目标源位于远场时的数值问题。将基于AOA的定位问题描述为约束加权最小二乘(Constrained Weighted Least Squares, CWLS)问题,并通过拉格朗日乘子法和特征值分解获得 该问题的闭式解。该方法无需已知目标源位于近场或远场的先验知识,就可获得近场时目标源的坐标以及远场时目标源方位角和俯仰角的准确估计。但在这一过程中由于模型近似导致了较大的估计偏差,为了解决这一问题,进一步推导了CWLS估计的理论偏差,并将其从闭式解中减去,以获得近似无偏的估计。仿真实验表明该近似无偏估计方法能够达到克拉美－罗下界(Cramer-Rao Lower Bound, CRLB)。     

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。     

基于模式空间算法的声源二维DOA估计

针对传统高分辨率谱估计法估计远场声源波达方向（direction of arrival, DOA）时计算量大、对相干信号估计失准的问题,本文提出一种改进的基于圆形麦克风阵列和四阶累积量的声源二维DOA估计算法。该算法结合了圆阵定位无死角的优势和矩阵虚拟扩展获得更多声源定位信息的长处。首先利用模式空间变换将均匀圆形阵列（UCA）虚拟化成2K+1个均匀线性阵列（ULA）,并应用空间平滑技术将虚拟线性阵列划分成L个子阵;接着利用四阶累积构造方法提取有效阵元信息并去掉冗余数据,通过重构矩阵得到新的接收数据;最后通过Music-like算法搜索谱峰获得声源信号的方位角和俯仰角。仿真结果表明,在信噪比较低时,相比传统的高分辨谱估计算法,本文算法可实现对远场相干信号的高精度估计;同时本文算法也具有更低的均方根误差性能,且能有效减少运行时间。     

基于麦克风阵列的声源定位算法研究

在基于时延估计的声源定位系统中,由于定位算法分为两个阶段:时延估计和定位,时延估计阶段的误差会在定位阶段被放大,导致声源定位的成功率和精度较低。从原始信号去噪,时延值插值和定位算法三方面入手,提高声源定位的精度。结合自行设计的四元十字麦克风阵列,给出一种新的时延值筛选算法,实现了一个室内声源定位系统。实验结果表明,在二维定位场景中,该系统对声源方位角的估计成功率超过70%,平均误差小于5°;该系统对声源距离估计的成功率和精度与声源方位角有关,当声源方位与X、Y轴的夹角不超过15°且声源距离不超过2.5 m时,声源距离估计的成功率能达到50%以上。     

空间目标方位角与俯仰角的联合测量方法

本文提出了一种空间目标方位角与俯仰角的联合测量方法。该算法基于两天线接收信号的相位谱关系,通过精确估计接收信号的时差计算出方位角和俯仰角,从而获得精确的测向值。仿真实验表明,在常规信噪比条件下,算法的测向精度可逼近均方误差下限的理论值。本文算法有助于分析检测预警机雷达信号和干扰机信号,对于电子侦察中的无源定位具有重要意义。     

六自由度电磁跟踪系统远场模型的修正

为了扩大六自由度电磁跟踪系统的应用范围,实现远距离精确跟踪定位,对系统原近场定位模型进行修正,在磁偶极子远场表达式的基础上,建立电磁跟踪系统的远场修正模型。在远场修正模型基础上,采用基于最大单位指向矢分量的跟踪算法计算目标的位置参数(R,α,β)。为了解决位置变换矩阵不可逆的问题,引入四元数法求解系统的姿态变换矩阵,进而结合跟踪算法求解姿态参数(ψ,θ,φ)。数值模拟结果表明了该修正模型能够显著提高系统远距离跟踪定位的精度,参数求解算法快速准确。     

近场声源定位算法研究

麦克风阵列声源定位可为在复杂环境下的说话人的空间位置估计提供有效的解决方案。而传统的应用于雷达,声呐系统领域的阵列信号处理理论已趋于完美,很多应用于阵列信号处理的算法加以修改就可以用来进行麦克风阵列的声源定位。以阵列信号处理中的经典算法MUSIC(Multiple Signal Classification)算法为原型,同时根据语音信号在应用中的特点,介绍了一种基于近场的信号模型,并以此为依据对算法进行改进,使声源定位更加精确。对此算法进行了仿真实验,仿真结果表明,此算法具有良好的定位性能,并随着信号信噪比的上升,性能有所提高。     

基于麦克风阵列的声源定位系统

推导出声音传播的近场模型,采用相位变换(PHAT)作为加权函数的广义互相关算法（GCC）完成时延差估计,再采用基于数据关联的时延选择算法选择时延,最后使用到达时延差的算法估计声源方位,并在算法模型的基础上搭建了基于数字信号处理器（DSP）的声源定位硬件系统开发平台。实验结果表明,在声音传播的近场模型下该系统角度估计误差不大于3°。