声音导引系统中位置控制算法的研究

依据某声音导引系统的设计要求,提出了一种位置控制算法,并建立了数学模型.利用该算法,根据3个声音接收器的接收时间差,可精确计算出移动声源的位置坐标,并可使用移动声源位置的监控信息对干扰声波进行过滤,从而达到提高系统控制精度的目的.     

基于坐标系变换的三维声源定位算法

采用基于声达时间差（TDOA）的声源定位技术,给出了一种基于坐标系变换的三维声源定位算法,该算法弥补了以往算法繁琐、计算量大、定位不准确的缺点.将一个人为设定的坐标系转化为特定的坐标系,使得在原坐标系下处于任意位置的4个麦克风的坐标转化在新坐标系下具有一定自由度的特定3点的坐标和另一任意点的坐标,并在此新坐标系下快速计算出目标声源的坐标,从而确定声源的实际位置.将实际测量的声源位置与算法的计算结果进行比较,结果表明了该算法的有效性和实用性.     

基于四麦克风阵列的三维声源定位

设计了一个三维声源定位系统,提出了一个新的系统模型,并时传统的基于声波到达时间差(TDOA)的算法进行了优化.通过检测麦克风接收到信号的时间差,结合已知的阵列元的空间位置确定声源的位置.该系统声源采集部分由4个阵列成正四面体的麦克风组成,算法的硬件实现由TMS320C5416DSP芯片完成.整个系统实现了声源定位的功能.     

基于传声器阵列的声源定位系统的研究

基于麦克风阵列的声源定位技术在通信、语音处理等领域得到广泛的应用。从声音传播的基本原理出发,推导出了精确的声音传播的近场模型,利用该模型并结合子空间算法的思想,提出了适用于近场宽带语音信号的二维声源定位算法,并在算法模型的基础之上搭建了基于DSP的声源定位硬件系统开发平台。结果表明,该算法能够得到较好的定位效果。     

分布式声源定位算法实现

为了提高声源目标在三维定位中的精度,建立声源定位三维仿真模型,通过测量声源到各传感器之间的到达时间差,计算出声源到达各传感器的距离差.以泰勒级数展开算法为核心,估计出声源的三维坐标,通过Matlab对均方根误差、声源坐标的估计进行仿真,通过VC＋＋与Matlab进行混合编程实现声源定位仿真系统,实现传感器坐标的串口的实时采集.仿真结果表明所提出的算法具有较高的定位精度,估计位置与声源实际位置偏差不超过3 m.     

基于传声器阵列的机器人声源定位系统

随着计算机技术和信号处理技术的发展,各种具有特殊功能的机器人应用到人们的生产生活中。听觉系统可以弥补机器人视觉系统存在的不足,使机器人在黑暗或有障碍物遮挡的环境中,利用声音信息感知环境中存在的目标,并对其定位,辅助机器人工作,尤其在灾难现场搜救、军事等领域,声源定位系统具有独特的优势。针对机器人声源定位系统进行研究,设计了基于传声器阵列的机器人声源定位系统,采用平面四元传声阵列,利用广义互相关算法,实现对声源的定位,具有较高的实用价值。     

基于扩展卡尔曼滤波算法的室内定位跟踪系统

为了解决无线室内定位系统实时跟踪位置坐标误差较大问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)算法的室内定位方法。系统采用基于WiFi信号指纹定位,然后利用扩展卡尔曼滤波对估算的位置进行滤波,以改善WiFi指纹定位方法的精度,达到对目标实时跟踪。仿真和实验结果表明,该算法有效地改善了系统定位精度,能较好地满足室内定位的需求。     

基于双目视觉的船舶跟踪与定位

设计了基于双目视觉的船舶跟踪与定位系统,并且完成对应算法设计.算法分为摄像机标定、目标跟踪、立体匹配、视差定位4个模块,其中,跟踪模块以目标窗口的形式给出跟踪结果,匹配模块在跟踪结果中进行左右目立体匹配,定位模块根据左右目匹配点对的像素位置计算其在物理空间的坐标,减少了匹配时间.实验结果表明,该方式可实现实时跟踪目标并给出目标的准确位置,满足应用要求.该定位系统可同时完成动态目标跟踪和定位,提供三维图像的丰富信息,具有很强的推广应用价值.     

基于终点时刻末端误差的柔性臂迭代学习控制

针对柔性臂重复运行的情况,在仅能测量运行终点时刻末端位置的条件下,提出一种新的结合计算力矩法的迭代学习控制（ILC）方法.该方法利用柔性臂的简化动力学模型,给出各关节控制力矩的参数化表示;并依据终点时刻柔性臂末端位置的误差,通过迭代学习算法调整控制力矩的参数,实现精确到达预期末端位置的目标.算法利用ILC不依赖模型的特点,弥补计算力矩法需要精确模型的缺陷;参数的迭代学习主要起到消除模型误差和各种干扰的作用,增强算法的鲁棒性.通过理论分析给出所提算法的收敛条件.最后在柔性臂系统上进行仿真及实际试验.结果表明,所提出的ILC算法能够克服连杆柔性对柔性臂末端误差的影响,显示良好的控制效果.     

基于动态机制的虚拟声环境构造系统的仿真

为了获得与临场相似的模拟实际声场的听觉感受，提出了一种基于动态机制的虚拟声环境构造系统实现方法.该方法通过频域插值，获取任意位置的房间脉冲响应，利用用户运动位置的前后相关性，实现运动预测机制.采用四叉树的层次数据结构来表示物体运动.结合与头相关的传递函数（HRTF）渐入渐出和神经网络，以多层前馈神经网络作为手段，求取了任意基于动态机制的室内声场HRTF数据.仿真结果表明，该方法较好地解决了运动声源HRTF数据的动态产生和前后声信号段平滑过渡问题，具有更好的真实性和精确度，实现了基于动态机制的室内声学仿真方法.     

光纤声发射源定位实验平台的研究与实现

为了研究固体中声发射源定位问题,开发了一套成本低廉,适用范围广,检测灵敏度高的声发射源定位实验系统.采用Sagnac光纤干涉仪作为点传感器构成传感阵列,给出了Sagnac光纤干涉仪超声检测及声源定位的原理;光纤传感器布置在矩形钢板上构成阵列,用模拟声源激励钢板上的任意位置,基于单片机的数据采集电路将四路声发射信号发送给计算机,计算机通过VB编写的软件平台对四路信号进行解调处理.根据四路信号的时间差得到声源的位置,并采用时差修正法提高了定位精度.结果表明,此系统利用光纤传感器实现了钢板中声发射源的定位,为材料结构健康检测与监控的研究提供了一种新的方法.     

室内声场中点声源的算法与模拟

计算机模拟室内声场已经成为声学研究的一种有效方法,声源的数学算法对室内声场的分布模拟有很大的影响。利用等立体角,研究了室内声场的点声源模型的数学算法,并利用计算机进行了模拟;点声源的算法将为室内声场中声线的跟踪和声场的模拟提供了有力的工具。     

An underwater acoustic data compression method based on compressed sensing

The use of underwater acoustic data has rapidly expanded with the application of multichannel, large-aperture underwater detection arrays. This study presents an underwater acoustic data compression method that is based on compressed sensing. Underwater acoustic signals are transformed into the sparse domain for data storage at a receiving terminal, and the improved orthogonal matching pursuit(IOMP) algorithm is used to reconstruct the original underwater acoustic signals at a data processing terminal. When an increase in sidelobe level occasionally causes a direction of arrival estimation error, the proposed compression method can achieve a 10 times stronger compression for narrowband signals and a 5 times stronger compression for wideband signals than the orthogonal matching pursuit(OMP) algorithm. The IOMP algorithm also reduces the computing time by about 20% more than the original OMP algorithm. The simulation and experimental results are discussed.     

具备自动特征提取能力的智能监测系统

为了减少加工状态监测系统开发的时间和成本,提出自动敏感特征提取方法,自动选择合适的传感器和信号处理技术来提取出"敏感特征".针对高速铣削过程中的刀具磨损监测,采用切削力、振动、声音和声发射传感器来采集信号,并运用时域、频域和小波分析技术对信号进行处理.试验结果表明:该方法可自动地进行传感器和信号处理技术的选择,提取出的敏感特征适合于自学习监测系统应用.     

基于镜像源方法的室内声场脉冲响应仿真

针对基于室内声场脉冲响应描述声场音质特性时其精确度不高的问题,以经典镜像源方法为核心,讨论了基于变换频域和反射系数的改进算法.以矩形空间为具体实例,给定接收点和声源位置,并利用计算机仿真室内声场脉冲响应.在不同参数条件下,对各个算法进行了分析,估计了能量衰减曲线和房间混响时间.结果表明,基于变换频域和反射系数的改进算法具有更高的准确性和可靠性.     

Modeling the Underwater Acoustic Field Excited by an Airborne Rapidly Moving Source Using Wavenumber Integration

It is complicated to model the acoustic field in stratified ocean for airborne aircraft,due to high speed of the source and air-to-water sound transmission.To our knowledge,there are very few papers in the open literature dealing with this complicated problem;but,in our opinion,they all require great amount of computation.We now propose a different method that requires much less computation.We improve the wavenumber integration method to model the received temporal signal for a moving source in stratified ocean and sum up in a concise form the core of our paper as follows:(A) Eq.(11) can be calculated by means of fast Chirp Z transform and the signals at all N time points are generated simultaneously;(B) direct numerical evaluation of the wavenumber integral in Eq.(4) produces large numerical errors;so it is necessary to shift the integration slightly below the real axis;(C) we compare the computation cost of direct calculation method with that of our fast calculation method;from the results presented in table 1,we can see that the fast calculation method consumes much less computation time,particularly for long duration signals;(D) for an airborne rapidly moving source,we compute the Doppler-shifted signals in shallow water and analyze their short-time Fourier transform;from Fig.1b,we can see that the received signals have multiple frequency components for a tonal source due to source motion and that each component corresponds to an arrival path.     

基于Radon变换的浅海宽带脉冲声源定位

为了提高声纳在浅海的工作性能，在分析实验数据的基础上提出了新的多路径定位方法.将已知信
号与每个通道的接收信号进行相关，获得相关系数矩阵，对由相关系数矩阵构成的图像进行Radon变换，
以时间分辨力补偿空间分辨力，提取声场的多路径参数，估计声线到达角和到达时延差，结合声线反传技
术，实现宽带脉冲声源定位.在修正阵型估计误差后，进一步提高算法的定位精度.实验结果表明，该方法
能有效地对浅海脉冲声源进行定位，不受空间采样率或路径数必须小于阵元数的限制，具有较好的宽容性
.算法计算量小，易于工程实现.     

针对鲁棒性三维声源定位问题的全局性算法

针对到达时间差度量误差和声源具有鲁棒性的三维声源定位问题,提出了一种用半正定规划方法求解的线性校正总体最小二乘全局性算法（LCTLS SDP）. 将带二次等式约束的分式二次规划声源定位模型转化为带二次不等式约束的非凸齐次二次优化问题;利用对偶理论设计算法求出该模型的最优解. 理论证明LCTLS SDP算法能找到问题的最优解. 实验结果显示,LCTLS SDP算法有稳健的定位结果.     

多途水声信号盲恢复技术研究

针对盲解卷积只能获取未知源信号的波形,而得不到源的幅度问题,研究了一种平稳信道、多途传播条件下估计信道参数及源分离的算法.该算法引入均值和方差都已知的参考信号,在FIR模型的基础上利用解相关技术估计水声多途信道参数,进行盲信号分离.分析了实际的水声信道参数特点,提出新的信道参数及阶数的估计方法,继而利用改进的自适应逆滤波器恢复源信号,最后在瞬时混合以及不同信噪比情况下与其他算法进行比较,以验证算法的有效性.仿真结果表明,未知源估计结果与信道阶数和信噪比有关;对于卷积混合,该方法对于信道参数的估计具有稳健性,.可以同时恢复源信号的时序结构与幅度信息;对于瞬时混合,该方法的计算量和性能指标优于其他算法.     

空腔流场及气动噪声数值模拟

采用带有源项的线性欧拉方程修正空腔流动的非定常流场,利用Ffowcs Williams-Hawkings方程对声源流场的声辐射及远场声信号进行求解,研究空腔辐射声场特性及阻尼截断区域中阻尼系数、控制面位置等参数对噪声信号的影响.计算结果表明,空腔内旋涡的形成和溃灭过程会引起声辐射,且具有四极子特性;在计算区域的边界处设置阻尼截断区域可以有效地控制旋涡撞击边界所产生的“假波”,为了保证较好的收敛速度,阻尼强度系数的量级为104;控制面应包围声源流场区域,以确保求解得到的远场声信号的完整性和准确性.