基于四元十字阵的分布式声源定位实验研究

构建了基于测向交叉定位法的分布式声源定位实验系统。首先,利用四元十字阵节点通过到达时间差（TDOA）方法计算声源位置角度,然后,通过测向交叉定位法融合各节点角度,计算声源位置。通过该系统实验测试了测向交叉定位法在实际应用中的性能。该系统在声源距离阵元50m时定位误差为2．9m,声源距离阵元100m时,定位误差为5．8m。实验结果表明：测向交叉定位法在实际应用中能准确计算出声源位置,定位误差随麦克风与目标的距离增大而增大。     

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。     

移动机器人语音定向算法及其实现

研究在光线比较差或者有障碍物的复杂环境下对感兴趣的声源进行定位,由于存在外部噪声,引起对目标声源进行跟踪误差大。传统的语音定向方法无法有效减小声源定位的误差,从而定向的精度比较低,且多集中在理论研究。为提高移动机器人语音定向的精度,利用麦克风阵列拾取声源信号,采用PC/104的SEM/ADT800多通道数据采集卡对语音信号进行采集和处理。运用改进的广义互相关时延估计算法计算麦克风阵元间的时间差值,采用四元十字阵形的几何定位方法计算声源信号的目标位置和方向,并对系统的定向效果进行实验,得出实验结果,进行误差分析。经实验证明,相对于传统的语音定向方法,麦克风阵列的移动机器人语音定向系统实际可用,具有较好的性能,能够把系统定向误差控制在要求的范围内。     

利用块稀疏特性的压缩感知麦克风阵列声源定位

与传统声源定位算法如相位变换加权、时延累加定位不同,压缩感知麦克风阵列声源定位算法可将声源定位转化为稀疏重构问题从而获得较高的性能。但在实际应用环境下,由于远场声源自身指向性、空间混响等原因,声源方向向量往往呈现块稀疏度结构,导致采用传统稀疏恢复算法如正交匹配追踪算法（Orthogonal matching pursuit,OMP）等进行压缩感知定位性能下降。本文在压缩感知声源定位算法中引入块稀疏似零范数,以压缩感知为基本框架,采用块稀疏似零范数稀疏恢复进行声源方向向量的重构,获取声源的方位。实验结果表明,相较于传统声源定位算法和基于OMP的压缩感知声源定位算法,本文算法具有更高的定位精度。     

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。     

基于辅助阵元的阵列误差有源校正算法

阵列互耦、幅相误差和阵元位置误差的综合影响会严重影响超分辨率算法的性能,为此,针对上述3种阵列误差的综合影响,给出了一类基于辅助阵元的有源校正算法.首先,将3种阵列误差的综合影响等效为一种依赖方位变化的幅相误差,并通过一种基于辅助阵元的自校正方法得到了关于3种阵列误差的非线性最小二乘优化模型;然后,针对阵列误差矩阵可能出现的不同模型,给出了相应的求解算法;接着,针对算法的参数估计唯一性给出了较为细致的分析,并对算法做了进一步改进;最后,通过仿真实验验证了新算法的有效性.     

基于数字式MEMS声传感器阵列的声源定位系统设计

在研究声源定位算法模型的基础上,搭建了声源实时定位系统。采用空间锥形六元阵并结合数字式MEMS声传感器构建定位阵列。以DSP作为系统算法实现平台,完成数据采集模块和数据处理模块设计,分析了IIS音频数据传输的实现,包括数据传输通道的建立和DMA工作方式。通过测试,验证了系统核心模块的性能达到预期效果,具有较好的实用性。     

基于数据重构的宽带相干源MVDR算法

研究了基于数据重构的宽带相干源最小方差无畸变响应（MVDR）算法, 以采样定理为基础, 将同一时刻不同阵元的输出看做是连续线列阵的采样, 将时域的数据重构方法引入空间的阵元域数据, 从而实现宽带相干源的方位估计, 并提出了一种聚焦误差求取方法, 用于分析宽带相干源MVDR算法的性能。计算机仿真了FFT插值法和数据重构法的方位估计结果, 表明对于宽带MVDR算法, 数据重构方法比起FFT插值法具有更好的分辨概率和更低的均方根误差。     

基于粒子滤波的声源方位跟踪算法

针对混响环境中说话人方位跟踪问题,提出一种基于粒子滤波的声源方位跟踪算法。该算法根据说话人的运动特点,在Langevin方程的基础上构建声源方位的动态模型,采用相位变换加权的可控响应功率作为定位函数,运用粒子滤波对声源方位进行跟踪。使用典型会议室环境下小型麦克风阵列接收的真实数据来做实验。结果表明,该算法能有效地实现随机走动说话人的方位跟踪,并且在水平角和仰角方向的均方根误差均小于5°。     

青藏高原冻土温度64通道监测系统设计

为了服务青藏高原铁路建设需要,本文在分析青藏高原冻土水热物理特性基础上,研究了冻土测试专用热敏电阻的非线性特性,通过实验逐点测试传感器温度值并进行分段拟合,得到热敏电阻的阻温关系曲线。结合青藏高原恶劣自然环境,设计了一种适应于青藏高原不同深度冻土温度监测系统。引入四线制方法,巧妙地设计了64通道温度监测电路,实现了不同深度冻土温度监测功能。根据测试精度要求,提出一种温度校正方法,解决了热敏电阻测量不稳定,信号畸变等问题。经过系统性能分析与实验室测试,结果表明系统能够满足不同深度冻土温度监测精度要求,功耗较低,具有良好的工作性能。     

基于多传感器的室内三维定位算法研究

针对消防员在日常救援过程中难以准确获知自身位置坐标的问题,采用姿态传感器和气压计,提出一种室内三维定位算法(ITPA)。在ITPA算法中,根据加速度的幅值均方根、加速度的幅值方差和角速度的幅值均方根,实现过零监测,从而获知消防员的行走步数。根据气压计的数据,采用高度获取,卡尔曼滤波和异常数据处理等操作,获知消防员的高度,并判断其移动行为。通过二维移动距离计算和位置获取操作获知二维坐标。根据消防员的行为对其三维坐标观测值进行修正,并采用Kalman融合算法估计消防员的当前三维位置坐标。实验结果表明:在直行行走、楼梯行走和综合行走下,ITPA算法都能获得较接近真实路线的消防员室内三维位置,降低了算法的步数误差、距离误差和漂移误差,比FINS,IPNS和IPA3D算法更优。     

A New Algorithm for Generalized Optimal Discriminant Vectors

A study has been conducted on the algorithm of solving generalized optimal set of discriminant vectors in this paper.This paper proposes an analytical algorithm of solving generalized optimal set of discriminant vectors theoretically for the first time.A lot of computation time can be saved because all the generalized optimal ests of discriminant vectors can be obtained simultaneously with the proposed algorithm,while it needs no iterative operations .The proposed algorithm can yield a much higher recognition rate.Furthermore,the proposed algorithm overcomes the shortcomings of conventional human face recognition algorithms which were effective for small sample size problems only.These statements are supported by the numerical simulation experiments on facial database of ORL.     

基于随机噪声调制的新型隐蔽通信系统

在无线传感器网络中,为了实现信息的隐蔽通信,提出了一种基于随机噪声调制的新型隐蔽通信系统。隐蔽通信系统的二进制消息序列调制联合正态分布噪声序列的相关系数。作为隐蔽通信系统信号的联合正态分布噪声,叠加到传统数字通信系统调制器的输出。在接收端,相关系数的估计值经过硬判决之后恢复出隐蔽系统的的二进制消息。所提出方案的关键问题,例如信道估计和符号同步,则由传统的数字通信系统解决。从理论上推导出了隐蔽通信系统的误码率。仿真结果表明,所提出的系统具有较低的误码率性能,且与理论值一致。     

基于IAP15F2K61S2的 门禁控制系统的设计与实现

基于IAP15F2K61S2设计了一种低成本门禁控制系统,以IAP15F2K61S2为核心控制器,分别利用了传感器FM70和MFRC522门禁卡模块以及4x4的矩阵键盘来接收外界信息,利用AT24C02芯片来存储信息,使用液晶显示器12864来进行显示。当输入正确密码或者指纹信息以及1C卡感应时就会启动开门程序,多次输入错误的密码时会报警。实验表明,设计的门禁系统可以较快准确地识别密码等信息,从而进行相应的开门动作或报警。系统成本低,适用于民间普及。     

基于透射图融合的红外图像传感器信号增强方法

针对红外图像动态范围压缩问题,提出一个基于透射图融合的红外图像传感器信号增强方法。首先,对红外图像进行多尺度聚类处理,并利用散射模型和图像先验知识对聚类结果分别进行透射率估计。然后,对各透射图进行基于融合权重图的信息筛选和基于图像金字塔模型的逐层融合,并基于变分模型对融合结果进行优化处理。最后,利用优化后的透射图对红外信号进行逐点补偿便可得到增强后的红外图像。对比实验结果证明了所提方法的有效性和鲁棒性。     

磁致伸缩材料与石英音叉复合低阻尼谐振磁电效应

采用磁致伸缩材料与石英音叉谐振器复合设计了一种低阻尼的谐振式磁电敏感单元。石英音叉工作在弯曲振动模式,音叉叉指结合区域(底部)产生的应力/应变方向相反、弯矩相互抵消,实际为解耦区域。将底部与磁致伸缩材料粘接复合设计谐振式磁电敏感单元的Q值主要取决于音叉谐振器自身的高Q值,磁致伸缩材料的高磁机阻尼被隔离。动态磁场作用下,磁-机-电转换过程可看作一个受迫振动过程,当激励磁场频率接近于音叉谐振频率时,输出电信号最大。实验结果表明:磁电敏感单元Q值高达5 034;谐振磁电电流系数达到799.2 nA/Oe;在接近谐振频率32.774 kHz信号激励下,磁电电流系数相对偏置磁场变化的灵敏度达到5 (nA/Oe)/Oe。     

胶粘剂对表贴式聚酰亚胺光纤布拉格光栅应变传递的影响分析

光纤布拉格光栅传感器用于测量结构的应变时,需与被测基体相粘黏,使其与基体协调变形,故胶粘剂的选取对其测量结果有直接的影响。针对此问题,本文对表面粘贴式应变传递模型进行了改进,建立了更为合理的模型,并通过理论分析出了影响应变传递率的主要因素,得到了其传递率随胶体剪切模量的增大而增大的结论。通过控制变量法,用480胶、AB胶、401胶、环氧树脂、3311胶这五种不同胶粘剂,将聚酰亚胺光纤光栅粘贴于等强度梁表面进行对比实验,得到了相应的应变传递率,其结果与理论模型计算值相比误差在5%左右,为表面粘贴式光纤光栅测量应变的工程应用提供了重要的参考。     

基于Herschel-Bulkley模型的磁流变阻尼器转矩模型参数辨识

针对目前Herschel-Bulkley模型参数值通常随试验条件而变化,存在无法构建确定的数学模型的局限性,提出一种Herschel-Bulkley模型全局参数辨识的方法。针对所设计的多级圆筒式磁流变阻尼器,基于Herschel-Bulkley模型建立了阻尼器的转矩力学模型并搭建扭矩测试系统以确定模型参数,通过1stOpt优化分析软件的Levenberg-Marquardt算法和通用全局优化算法对转矩力学模型进行参数辨识,确定模型中液体流动行为参数 k和n 分别为49.88及0.576。参数辨识后的Herschel-Bulkley扭矩模型在不同磁场条件下基本满足扭矩预测效果,可为后续对于器件的有限元分析计算提供理论依据。     

非视距环境中的无线网络残差加权定位算法

无线定位已成为物联网应用的重要研究内容,为减小非视距(NLOS)误差对传统定位算法的精度的影响。因此提出一种基于目标临时位置估计的残差幂次方加权定位算法。算法核心在于先利用分组定位得到不同目标节点估计位置,并将位置之间的差值定义为临时定位残差。然后区别于传统残差加权定位算法,本文提出用残差的高次幂作为加权函数,并通过仿真搜索最优的加权函数。仿真结果表明,当LOS-SN数目不小于2时,本文算法在定位精度上远高于传统的NLOS抑制定位算法。和传统的残差加权定位算法(RWGH)相比,本文所提算法的定位精度提高了近60%,同时降低了对LOS-SN个数的要求。和半正定规划(SDP)相比,定位精度提高了近38%,并降低了计算复杂度。