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。     

基于多麦克风阵列的枪声定位算法研究

针对战场狙击手威胁日益增加的严峻现实,提出一种基于多麦克风阵列的枪声定位算法,利用空间上随意摆放的多个正四面体麦克风阵列,对爆破波到达各阵列阵元的时延差进行双加权最小二乘算法,对枪声位置进行初步估计,并用一致性算法对多个定位结果进行数据融合。该方法克服了TDOA定位算法无法剔除多径效应引起的错误时延估计的缺点。通过仿真证明算法具有较高的精度,且增大了测量范围。     

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DSP的多目标方位估计并行处理软件的设计

在水下目标检测和跟踪系统中,多目标方位估计算法起着重要的作用,MUSIC算法是最具代表性的方法;为了满足目标方位估计对高速实时并行处理技术的要求,针对水下阵列信号处理的实际应用,采用有效的并行算法和并行结构来减少运算量,设计并研制了一种基于4片ADSP-TS101S的多处理器并行实时处理系统;经过对算法的运算时间和方位估计的性能进行分析,表明该系统提高了处理效率,解决了阵列信号处理中大运算量的高速实时处理的问题,具有良好的方位估计性能和实时处理能力,满足工程实际需求。     

基于圆形麦克风阵列的声源定位改进算法

针对波达方向估计中传统互功率谱法声源方位估计准确性差、方位模糊的问题,提出了一种基于圆形麦克风阵列的声源定位改进算法,并进行了实验验证。在该改进算法中,先设计了十二元圆形麦克风阵列,由麦克风对接收语音信号的时延与相位得到相位旋转因子,再将其引入到语音信号的互功率谱中,新定义了圆形集成互功率谱,由该功率谱进行声源方位估计。仿真与实测实验结果表明,本文的圆形集成互功率谱法对声源方位进行估计,估计的准确度高于传统互功率谱法。     

机会式电磁矢量传感器阵列互耦校正算法

针对电磁矢量传感器阵列中的互耦效应导致系统性能下降的问题,研究了一种分布式电磁矢量传感器机会式阵列互耦校正算法。首先建立可以从信噪比、波达方向估计精度和孔径扩展维数等性能方面分析线性阵列、三角形阵列和双三角形阵列等阵列结构特性的数学模型,然后根据性能分析结果构建了电磁矢量传感器机会式阵列架构,最后提出了适用于分布式电磁矢量传感器阵列的机会式互耦校正算法。实验结果从波达方向估计精度、空间谱估计精度和信噪比等方面证明了所提分布式电磁矢量传感器机会式阵列互耦校正算法比静态传感器阵列具有明显优势。     

基于空时扩展虚拟阵列的高分辨率多参数联合估计

针对雷达、声纳、移动通信等系统中对多个目标方位、速度与距离等信息同步提取的要求,文章通过对原始数据的时延补偿等处理,构造了具有时移旋转不变性的一组虚拟相关矩阵,提出了一种基于空时扩展虚拟传感器阵列的二维方位角、多普勒频率和相对时延联合估计的新方法。该方法对于噪声不敏感,可应用于低信噪比环境,具有较高的估计精度,且无需谱峰搜索,各参数在求解过程中自然配对,理论可同时处理的目标数目超过系统阵元数限制。算法对于传感器阵列的结构无特殊限制,可应用于任意常见阵列如均匀方阵、“L”阵、圆阵等等,具有很好的理论价值以及应用前景。理论分析与计算机仿真实验都证明了算法的有效性。     

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°。     

宽带最大似然方位估计快速算法水池实验研究

建立了宽带阵列高分辨方位估计水池实验系统,进行了宽带最大似然方位估计快速算法的水池实验研究。研究结果表明,基于马尔可夫链蒙特卡罗方法宽带最大似然方位估计快速算法分辨能力强,突破了二分之一波束宽度,估计出了目标的方位。     

一种新的应答着陆系统测角算法

应答着陆系统是一种基于应答机的精密进近着陆引导系统,通过询问并接收飞机应答机的应答信号来估计飞机的方位、仰角和距离等信息;文章分析了应答着陆系统传统的测角算法原理、误差来源和影响因素;通过扩大不模糊角度测量的范围,利用虚拟技术实现了系统天线阵列的虚拟均匀排列;提出了基于MUSIC算法的空间平滑技术进行多目标飞机角度估计的设想;通过计算机仿真对新测角算法的估计能力,成功概率以及精度的分析,验证了新算法的可行性和有效性。     

基于麦克风阵列和虚拟仪器的声源定位

对基于麦克风阵列的声源定位技术进行了研究,分析了时延估计算法的构成方法,在此基础上提出了用于二维DOA估计的双曲线算法。利用传声器MPA416和数据采集卡PXI4472结合Labview虚拟仪器实现了对声源的二维DOA估计。实验证明,该系统定位实时性好、准确度高。     

基于正四棱锥结构的机器人声源定位系统研究

声源定位成为机器人智能研究的重要方向。针对当前声源定位精度不理想、实时性不佳等问题,提出了一种正四棱锥麦克风阵列声源定位结构。采用时间延迟估计的声源定位方法,并提出时延值的快速搜索策略;推导了该结构的基于信号时延的时空映射关系,建立了声源目标位置的几何计算模型,并依据正四棱锥结构特点及冗余的时延值对值域划分,缩小求解范围,运用迭代算法得到声源的位置坐标,并通过双重筛选机制剔除错误的定位结果。实验结果证明了该结构及定位算法在提高系统定位精度和实时性能的有效性,能满足机器人应用中对声源定位的需求。     

基于麦克风阵列的GCC时延估计算法分析

准确的时延估计（Time Delay Estimation,TDE）是基于到达时间差（Time Difference of Arrival,TDOA）的声源定位技术的前提.在众多时延估计算法中,广义互相关（Generalized Cross Correlation,GCC）算法因其较低的运算复杂度和易于实现的特点得到了广泛的应用.针对不同的噪声情况,GCC时延估计算法利用不同的加权函数来抑制噪声干扰.本文在介绍麦克风阵列模型和GCC时延估计算法的基础上,针对GCC算法的弊端提出了一种改进算法,并在多种信噪比条件下,对部分加权函数的GCC时延估计算法进行了MATLAB仿真,通过比较其时延估计性能和声源定位精度,分析了这些加权函数各自的优劣性.     

Performance of speaker localization using microphone array

Speaker localization is a technique to locate and track an active speaker from multiple acoustic sources using microphone array. Microphone array is used to improve the speech quality of recorded speech signal in meeting room and other places. In this work, the time delay estimation between source and each microphone is calculated using a localization method called time differences of arrival (TDOA). TDOA localization consists of two steps namely (a) a time delay estimator and (b) a localization estimator. For time delay estimation, the generalized cross-correlation using phase transform, the generalized cross correlation using maximum likelihood, linear prediction (LP) residual and the Hilbert envelope of the LP residual are chosen for estimating the location of a person. A new speaker localization algorithm known as group search optimization (GSO) algorithm is proposed. The performance of this algorithm is analyzed and compared with Gauss–Newton nonlinear least square method and genetic algorithm. Experimental results show that the proposed GSO method outperforms the other methods in terms of mean square error, root mean square error, mean absolute error, mean absolute percentage error, euclidean distance and mean absolute relative error.     

基于时差法的复杂转子系统声发射源定位算法

在复杂转子系统的碰摩声发射源定位中,常规的广义互相关时延估计算法难以得到准确的时延值,进而无法进行准确定位。针对这一问题,引入基于平滑相干变换(Smoothed Coherence Transform, SCOT)的双加权二次互相关时延估计算法,计算声发射源信号的到达时间差;再利用Hilbere差值法对相关峰值进行锐化,减小在碰摩过程中噪声的干扰,以获得较为精确的时延估计结果;最后使用得到的时延值进行声发射源定位。实验结果表明,与常规的广义互相关算法相比,该算法对复杂转子系统碰摩声发射源定位具有较高的定位精度。     

针对头佩式麦克风阵列的声源定位算法研究

头佩式麦克风阵列在单兵便携反狙击声探测定位系统和机器人声定位系统中具有实际的应用价值。一般的声源定位方法是基于无遮挡的线性或非线性麦克风阵列。采用头佩式麦克风阵列,考虑到背向声源麦克风的低频声波由于头盔遮挡而发生的衍射作用,针对低频波段的声音信号进行定位算法的设计和研究。该算法利用低频声波的绕射路径计算时延,采用联合可控功率响应（SRP-PHAT）框架进行时延补偿搜索定位。实验表明,相比于普通的无遮挡定位算法,基于绕射路径的头佩式麦克风阵列定位方法通过综合利用背向声源的麦克风数据,明显地提高了定位的精度,这种精度的提升在选择1 kHz以内的信号频率窗口时达到最佳效果。     

基于提高定位精度的圆形嵌套麦克风阵列结构研究*

以提高定位精度为目的,同时从减少定位时延、消除定位模糊的角度出发,并且考虑到线阵定位角度范围的限制,提出了嵌套的均匀圆形麦克风阵列结构。由于在使用高分辨率的近场声源三维定位算法时,会带来较高的计算复杂度,因此,本文采用了宽带聚焦算法进行了处理,为了使其时延得到较大幅度的降低。仿真结果表明,该方案取得了较好的定位效果。     

超声波测风系统中自适应时延估计算法的研究

在时差法超声波测风系统中,风速的测量精度受到时间延迟估计精度、两超声波传感器的距离精度等的影响。在后者一定的情况下,测风精度对时延估计精度提出了更高的要求。对此,采用了一种基于权值检测的最小均方误差(LMS)自适应时延估计算法,从而实现了高精度时延估计。计算机仿真与实际测试表明:该算法的估计精度满足了所研制的超声波测风系统的设计要求,能够用于机场区域低空风场情况的监测。