基于数字麦克风阵列的声源定位系统研究

基于麦克风阵列的声源定位技术,可以应用在机械设备故障诊断、鸣笛抓拍等领域。本文设计了一个使用三个数字麦克风组成阵列进行声源定位系统。该系统利用三个麦克风的时域信息,采用广义互相关算法对达到时间延迟进行计算。通过阵元几何关系并利用阵元信号的时延,获得了在室内环境下较好的声源定位效果。经测试该系统最大误差为4.68%有较好的结果,同时该方案还可以帮助工人快速发现并排除车间生产线机械设备故障,从而提高生产效率。     

基于麦克风阵列的语音增强算法

为解决现有语音增强算法需要麦克风数量较多和受估计误差影响较大的问题,提出一种改进的声源定位和波束形成方法。在现有声源定位算法利用时间延迟的基础上,引入能量衰减参数,实现利用双麦克风进行声源定位的目标;在波束形成算法中引入加载系数,在出现协方差矩阵统计失配时仍可对期望方向聚焦,提高波束形成算法的鲁棒性。仿真结果表明,改进后的算法与传统算法相比具有更强的鲁棒性。     

一种改进的分数时延估计方法及应用

传统的分数时延估计算法对环境噪声和混响噪声比较敏感,在复杂的实际环境中,算法性能会严重下降。为进一步提高时延估计算法性能,提出一种基于广义互相关（Generalized cross correlation,GCC)改进算法的广义互相关 最大似然相位补偿（ GCC Maximum likelihood phase compensation,GCC MLP)分数延时估计算法。该算法改进了GCC频域加权函数,并将线性相位补偿应用于频域互相关谱,获得连续的分数时延估计值,进一步提高了分数时延估计的精确性。仿真结果表明,GCC MLP相位补偿分数时延估计算法增强了对环境噪声和混响噪声的鲁棒性,减小了时延估计误差,算法性能优于曲线拟合、Sinc插值等传统分数时延估计算法。     

一种改进加权函数的GCC时延估计方法研究

针对多站时差定位系统在低信噪比下无法获得准确的时延估计,进而影响时差定位的精度,提出一种改进加权函数的广义互相关(GCC)时延估计方法.通过分析和比较采用不同传统加权函数进行广义互相关时延估计的性能,对加权函数进行改进.改进的加权函数同时引入两路信号的自功率谱密度函数和互功率谱密度函数,使得加权函数的分子分母变化趋势相...     

时延估计算法在乒乓球落点检测中的仿真研究

到达时间差(TDOA)是一种重要的信号发射源定位方法,它通过处理多个信号发射传感器采集到的信号到达时间测量数据来实现声发射源目标的定位,具有较高的定位精度。运用四种不同加权函数的广义互相关时延估计方法,来提高乒乓球辅助评价系统中关于乒乓球落点位置的精度。对广义互相关法的四种不同的加权函数进行介绍和阐述,将噪声信号加入原信号,使用Matlab进行实验仿真。实验结果表明:使用PHAT加权和SCOT加权可以提高时延估计的精度,从而达到更精准的估计出乒乓球落点位置的目的。     

改进的互功率谱时延估计算法

麦克风阵列的声源定位一直是阵列信号处理领域的研究热点.以互功率谱相位估计法（mutual power spectrum phase estimation,CSP）为代表的时延估计法因为其原理简单、计算量小、易于实现而得到广泛应用.虽然CSP算法在高信噪比环境下有不错的估计效果,但当信噪比较低和声学场景较复杂时,算法效果急剧下降.为了解决这一问题,本文对CSP算法进行改进.通过对CSP算法的时延估计结果进行筛选,剔除不合理的时延值,更新算法参数后重新进行估计以得到合理的时延值,并经过多帧信号加权得到声源的时延值与位置信息.为了验证所提算法的有效性,本文分别在Matlab与真实环境下进行了实验验证,结果表明,改进后的CSP算法相比原有算法在时延估计精度方面有明显改善.     

基于麦克风阵列的时延定位算法研究

针对互功率谱相位（CSP）法在低信噪比环境下,时延估计精度下降这一问题,提出了一种改进的CSP方法。研究了传统的CSP法,分析了语音信号能量在总能量中的比例问题,为保证强噪声环境下,语音信号不被淹没,定义了一个随信噪比变化的非线性参量,通过该非线性参量调节加权函数的大小,进而减小噪声的影响,提高算法的抗噪性能。采用8个线性阵列麦克风采集语音信号,在Matlab平台上,就传统的CSP算法,SCOT算法,改进CSP算法,在高信噪比和低信噪比环境下进行仿真验证,仿真结果表明,改进的CSP方法在强噪声环境下具有更好的定位性能。     

基于声源阵列的空间麦克风定位方法研究

针对当前麦克风位置估计方法出现较少且只对平面的麦克风阵列进行位置估计的问题,提出了一种基于声源阵列的空间麦克风定位方法。该方法将四个声源按照正四面体形式排列,在利用其对称性保证定位全向性的同时,根据时延估计的测距方法计算麦克风与各个声源之间的距离,之后根据几何关系确定麦克风位置坐标,实现在线的基于声源阵列的空间麦克风位置估计。通过进行MATLAB仿真实验,验证了该方法的可行性和有效性。     

利用二次相关改进的广义互相关时延估计算法

为了提高传统广义互相关时延估计算法的性能,本文将二次相关时延估计算法与广义互相关时延估计算法相结合,提出了一种利用二次相关改进广义互相关的时延估计新算法。该算法先对信号进行二次相关处理,利用相关函数抑制了噪声的干扰,然后在相关函数序列上进行权重处理,进一步提高了算法的抗噪声性能与估算精度。仿真实验证明新算法较广义互相关算法性能有了明显的提升,对闪电辐射源定位资料的分析也验证了该算法的有效性。     

基于分布式麦克风阵列的声源定位算法

为了提高相位变换加权的可控响应功率SRP-PHAT(Steered Response Power-Phase Transform)声源定位算法的性能,提出一种基于分布式麦克风阵列的改进算法。根据分布式麦克风阵列的特点,使用麦克风对接收信号的广义互相关GCC-PHAT(Generalized Cross-Correlation with Phase Transform weighting)函数的最大值来评价接收信号的质量。在传统SRP-PHAT算法的基础上,以该最大值为权重乘以每对麦克风接收信号的GCC-PHAT函数。该算法质量较高的麦克风对接收信号赋予了较大的权重,因而能提高定位性能。仿真结果表明,在信噪比低于10 dB,混响时间大于300 ms的条件下,改进算法的定位成功率比传统算法提高了2%~4%。     

基于互TK能量算子的到达时间差估计

借鉴TK算子的优点,提出一种基于互TK能量算子的信号到达时间差(TDOA)的估计方法。该方法通过相似度的峰值可以直接获得一个统计独立的TDOA估计。采用超宽带信号进行仿真实验,结果表明,该方法适用于无线定位中TDOA参数的估计,性能优于互相关估计算法。     

广义相关时延估计在管道泄漏检测中的应用

针对实际检测环境中信号信噪比低,噪声影响时间延迟估计的精度的问题,提出广义互相关方法,并给出利用FFT快速求解算法。在输油管道泄漏检测中的应用结果表明,该方法能有效计算泄漏信号到达管道2端的时间差,计算泄漏点位置误差控制在2%以内,改善了相关运算的时延估计性能。     

正四面体麦克风阵列声源定位模型研究

研究声源定位优化建模问题,针对声源位于远场环境下无法获取精确的方位角和俯仰角,由于采用声达时间差(TDOA)和空间几何算法的正四面体麦克风阵列声源定位方法只适应于近场声源定位,为了提高定位准确性,提出了应用径向基(RBF)神经网络建立声源定位模型的算法,声源定位模型在声源位于近场或者远场的情况下,均可求解出精确的方位角和俯仰角。在MATLAB上进行仿真,结果表明,定位声源的方位角误差小于3°,俯仰角误差小于4°,满足实际定位精度的要求。结果表明为声源准确定位提供了科学依据。     

机器人听觉声源定位研究综述

声源定位技术定位出外界声源相对于机器人的方向和位置,机器人听觉声源定位系统可以极大地提高机器人与外界交互的能力.总结和分析面向机器人听觉的声源定位技术对智能机器人技术的发展有着重要的意义.首先总结了面向机器人听觉的声源定位系统的特点,综述了机器人听觉声源定位的关键技术,包括到达时间差、可控波束形成、高分辨率谱估计、双耳听觉、主动听觉和视听融合技术.其次对麦克风阵列模型进行了分类,比较了基于三维麦克风阵列、二维麦克风阵列和双耳的7个典型系统的性能.最后总结了机器人听觉声源定位系统的应用,并分析了存在的问题和未来的发展趋势.     

SLAM-based Online Calibration for Asynchronous Microphone Array

Abstract

This paper addresses online calibration of an asynchronous microphone array. Although microphone array techniques are effective for sound localization and separation, these techniques have two issues; geometry information on a microphone array or time-consuming measurements of transfer functions between a microphone array and a sound source is necessary, and a fully synchronous multichannel analog-to-digital converter should be used. To solve these issues, we proposed an online framework for microphone array calibration by combining simultaneous localization and mapping (SLAM), and beamforming. SLAM simultaneously calibrates locations of microphones and a sound source, and clocks differences between microphones every time a microphone array observes a sound event. Beamforming works as a cost function to decide the convergence of calibration by localizing the sound using the transfer functions calculated from the estimated microphone locations and clock differences. We implemented a prototype system based on the proposed framework using extended Kalman filter-based SLAM and delay-and-sum beamforming. The experimental results showed that the proposed framework successfully calibrated an eight-channel asynchronous microphone array both in a simulated and a real environment even when system parameters such as variances are set to be 10 times larger than the optimal values. Furthermore, the error of sound localization with the calibrated microphone array was as small as the desired one, that is, the grid size for beamforming.     

基于机器人听觉的声源定位策略

针对机器人听觉定位,提出了五个传声器组成的阵列作为机器人的耳朵,其中四个传声器组成的平面阵确定声源空间位置,另外一个传声器辅助完成声源位于机器人前后方的判断,并在改进的时延算法上实现声源的空间定位。系统在室内环境下测试,实验结果证明在混响环境下机器人可以实现空间声源定位,该方法具有实时实现的有效性和应用性。     

基于声源定位技术的智能视频监控系统

针对目前的大部分视频监控系统都是基于图像检测的静态或动态监控,提出了在智能视频监控系统中应用声源定位和摄像头动态采集进行联合判决的方案。系统采用麦克风阵列对声源进行定位,然后驱动摄像头转动到声源位置监控,通过图像分析给出报警动作。实验结果表明,该系统在低噪声干扰的实验环境下,能实现对声源的有效定位,并进行异常情况报警。     

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。     

基于传声器阵列的声源定位算法与误差分析

基于传声器阵列和互相关算法的时间延迟技术对声源进行定位,互相关算法对宽频带信号（扫频信号）定位比较准确,对窄带信号（风琴信号）定位不显著,分析了影响声源定位精度的因素,并改进声源定位系统.通过实验验证了影响风琴信号声源定位的因素,实现了风琴信号的声源定位,并在NI CompactRIO系统上开发了一个实时声源定位系统.