基于麦克风阵列的近场声源定位子阵算法研究

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.结合远场窄带信号的子阵算法和麦克风阵列信号处理的特点,提出了基于麦克风阵列的声源三维定位子阵算法.根据室内环境噪声分布特点,把阵列分成两个位置不同的子阵,调节子阵的位置,使阵列接收相同的语音信号和不相关的方向噪声,利用两个子阵的互相关矩阵,实现声源定位.该算法能够抑制混响、干扰等非高斯百噪声,提高声源定位系统的性能.仿真结果表明,该算法比声源三维定位MUSIC算法有更好的定位性能.     

麦克风数量与阵型对声源定位性能的影响

声源定位系统中,麦克风阵列中阵型与阵列中麦克风数量对声源定位性能有很大影响,为此,综合对比了部分经典的用于声源定位算法的麦克风阵列距离、方向角、俯仰角定位性能,验证七元空间交叉阵模型在俯仰角和方向角定位上表现出良好的性能,但测距性能有待提高。进而提出一种全新的七元立体阵列模型,实验结果表明,该模型在不增加阵列体积和阵列中麦克风数量的基础上,表现出与七元空间交叉阵模型相同的俯仰角与方向角定位性能,且测距性能更好。其实验结果表明,麦克风数量的增加与定位性能的提升并不是线性关系,而是逐渐减慢的,因此单纯地增加麦克风数量并不会使定位性能大幅度提升。     

基于麦克风阵列的声源识别研究

基于波束形成的麦克风阵列声源识别技术存在识别低频声源分辨率低、识别高频声源易产生空间混叠的问题,影响了声源识别的准确性.采用改变麦克风阵列中心位置和调整测量距离来提高低频声源识别分辨率,并采用旋转麦克风阵列进行多次测量的方法来抑制高频声源识别中的空间混叠,达到使用较少麦克风提高声源识别性能的目的.     

一种对电噪声源的高精度定位系统

<正>"一种对电噪声源的高精度定位方法"获得中国专利优秀奖。基于该专利技术研制了输变电工程噪声提取定位系统。采用基于波束形成算法的阵列信号处理技术,设计出对输变电工程低频噪声具有较高分辨率的声阵列阵型结构,通过声阵列上的麦克风传感器捕捉环境中的声信号,计算关心的声源的噪声分布云图,噪声分布云图与摄像头同步拍摄的声源图片叠加,形成直观的声像合成图,实现噪声源的精确定位,并能同步获取声源源强及频谱信息。     

基于改进MUSIC的声源定位方法

为设计更有效的声源定位方法,深入研究了传统 MUSIC 算法,并针对其分辨率低且在麦克风数目较少时波达方向 (direction of arrival,DOA)估计精度较差等问题,对传统 MUSIC 算法进行了优化,利用广义互相关算法估计出声源信号到达各 麦克风之间的时间差,并据此构建出对应的矢量信号,最后通过计算谱函数确定 DOA 估计值。 仿真和实验结果表明,优化后的 MUSIC 算法可以得到更加尖锐的指向性波束,更低的旁瓣,并且能使方位角的定位精度达到±4°,俯仰角的定位精度达到±5°。     

基于麦克风阵列的智能监控系统

为了实现多种公共场合的、高效率智能化监控,设计了基于麦克风阵列的智能监控系统.系统采用传统声源定位原理与二自由度云台控制相结合的方法,运用到达时间差的时延估计(TDOA)算法进行声源定位,并且控制云台锁定声源方向摄像头,完成对来自声源方位的环境实时拍摄.系统硬件由麦克风阵列、声音采集和处理电路、二自由度云台机构等部分组成.系统具有显示和输入功能,既能显示声源位置,又可以通过输入设备对系统进行设置.整个系统采用电池供电,结构简单,通过实验验证系统定位速度快、精度高、抗干扰性强,可以实现智能监控功能.     

输变电工程噪声源提取测试技术研究与应用

<正>项目获得2017年度国家电网公司科学技术进步二等奖、2018年中电联电力创新一等奖。该项目基于波束形成算法的阵列信号处理技术,设计出对输变电工程低频噪声具有较高分辨率的声阵列阵型结构,通过声阵列上的麦克风传感器捕捉环境中的声信号,计算关心的声源的噪声分布云图,噪声分布云图与摄像头同步拍摄的声源图片叠加,形成直观的声像合成图,实现噪声源的精确定位,并能同步获取声源源强及频谱信息。     

声音导引系统设计

阐述了基于单片机的声音导引系统设计方法,给出了系统软、硬件设计的关键技术。移动声源采用智能小车作为平台,声音信号探测采用3个相同的驻极体麦克风,通过检测声音信号到达任意两个探测器的时差来实现小车运动状态的控制,最终引导小车到达二维平面中指定位置。其误差信号的传输依靠无线模块来实现。小车到达指定位置后,进行声光报警并显示平均速度。通过实验测试,结果表明该系统具有较高的定位精度、较快的平均速度和响应速度。系统采用AT89S52作为核心处理器,具有较高的性价比。     

燃气管道泄漏的次声源定位算法研究

针对城市燃气管道泄漏定位精度不高的问题,根据燃气管道泄漏时泄漏点产生次声波的特性,提出了一种燃气管道泄漏的次声源定位算法。该算法通过构建泄漏源的定位模型,利用传感器节点和泄漏点之间位置上的几何关系得到泄漏点位置。首先利用传感器阵列采集燃气管道泄漏时产生的次声波信号,并对该信号进行小波去噪处理,接着利用广义互相关法计算相邻传感器节点间的时延,最后结合定位模型计算出泄漏点位置。针对算法的信号处理部分进行了仿真,并在实验室进行了泄漏点定位的模拟实验。结果表明,在燃气管道泄漏定位中,算法的定位误差在1 m以内,具有较高的定位精度。     

球形麦克风阵列时频故障信号定位算法研究

针对广义互相关算法在强噪声环境下,设备故障时频声音信号定位困难的问题,提出一种结合图像分析与短时傅里叶变换(STFT)的时频信号子空间延时(TFSD)估计算法。利用STFT域中的噪声与信号特征,结合STFT域中不同麦克风测量数据的相关信息,使用滤波、谱减等方法进行信号、噪声区域分离,构建信号主成分区域,通过反演构造信号子空间,从而进行端点识别,延时值估计,实现声源定位。仿真结果表明,即使在加性噪声幅度远大于故障信号的2倍,也能实现准确的延时估计,延时估计误差和5 m×5 m范围的定位误差小于10%,实测也证实了该结果的正确性。     

基于QPSO的微基线声阵列优化布设方法

针对单兵声目标探测中,由于麦克风拓扑结构优化不足,造成目标定位精度低的问题,提出了一种基于量子粒子群算法的声阵列优化布设方法。首先利用量子粒子群全局搜索的优势,将麦克风声阵列坐标作为搜索粒子,在预设区域内进行全局寻优;其次利用均方根误差构造粒子搜索的适应度函数,得到最佳位置评价准则;最后进行数值仿真,通过环形全向声源定位实验,对比不同麦克风拓扑结构的定位性能。实验结果表明,与规则布站方式相比,优化后的阵列定位精度有明显的提升,其中几何精度因子降低至1.470 2 m,克拉美-罗下界减小至1.281 0 m,球概率误差缩减至1.4 m。为我国单兵高精度声源定位、态势感知提供有力的理论支撑。     

基于2D-MUSIC算法L型声阵列的轴承故障研究

随着传感器阵列技术的发展,越来越多阵列技术用于设备的故障诊断研究中。针对设备中多滚动轴承诊断中故障的定性与定位问题,开展了基于2D-MUSIC算法L型声阵列的轴承故障定位理论仿真研究,旨在进行阵列参数的优化。根据滚动轴承声学信号特性,进行L型麦克风阵列下利用2D-MUSIC算法对双声源信号进行仿真计算,通过改变信噪比、阵元间距以及阵元数量等参数进行仿真分析,确定最优声阵列参数。仿真结果表明,在两个信号源确定的情况下,通过优化阵列参数可以提高其故障定位分辨率并对声源定位系统进行优化。研究对于有轨机车多轴承驱动系统轴承故障的快速定位和实时诊断技术有较好的理论指导意义。     

基于快速傅里叶变换和互相关的多频微弱信号重构法

针对强噪声背景下恢复多频微弱信号波形的难题,提出一种新颖的基于快速傅里叶变换(FFT)和互相关的多频微弱信号重构法。首先使用FFT获取被测微弱信号的频域信息,根据FFT变换数据计算出被测微弱信号的各个频率成分的频率估计值;根据获取的频率估计值于存储空间中生成正交参考序列,使用生成的正交参考序列和被测微弱信号进行互相关运算;进而使用获取的互相关计算值完成对微弱信号中各个频率分量的幅度和相位的估算,最终使用得到的频率、幅度及相位的估计值完成对微弱信号的重构。还给出了FFT变换的数据长度N同微弱信号信噪比之间的关系。方波作为一种典型的多频信号被用于验证该算法,仿真分析和硬件实测结果均表明该方法可以有效得从强噪声中重构并恢复多频微弱信号。     

电站锅炉声学测温中的声源选择及其声信号互相关特性分析

以选择声学测温中的声源和声信号为目的,针对电站锅炉的声学特性,分析了声学测温中的声信号的频率范围、声压级要求。比较了火花放电声源、电动声源和气动声源的优缺点,建议采用频率在1.5～10kHz,声压级大于120dB(0dB=20μPa)的气动声源。用Matlab编写程序并驱动扬声器发声,基于MKⅡ多通道声学测试分析系统,对几种典型声信号进行了常温下的互相关特性分析实验研究,指出了正弦信号不适合作为声学测温的声信号:扫频信号则要尽量减小扫频周期。提出了一种新的信号,伪随机二进制序列,在常温下的实验结果和理论上尖锐的互相关特性分析一致。利用压缩空气机作为气动声源,由频谱分析可知其具有类似白噪声的频率特性,互相关特性分析实验结果很好,进一步证明了气动声源的喷射声信号在测量精度上的优势。不仅为声学测温中的声源选择提供了指导,而且互相关特性分析对锅炉四管泄漏声源定位中的延时测量有一定的参考价值。     

基于超声波定位的智能跟随小车

设计并实现了一种基于超声波定位、红外避障以及单片机控制的智能跟随小车系统,在开发板AVRmega16上完成了设计的全部功能.通过安装在载物小车顶部的无线电装置和超声波传感器,实时感知载物小车与主人的距离信息,并反馈给单片机用于控制电机的转速与载物小车的姿态.为了提高超声波定位系统的精度,采取了温度补偿措施.基于超声波四点定位系统高精度小盲区的设计使自动跟随小车能够360°转弯跟随,加上小车具有避障功能,使小车跟随目标更加精确和智能化.     

基于SPCE061A单片机的小车避障系统设计

自动避障小车在行使过程中,必须实时检测与障碍物间的距离信息。为了解决小车在单一传感器测距时,出现盲区的问题,系统采用红外与超声波2种传感器,在小车不同方位安装了3组传感器检测障碍物信息,红外传感器对0~30cm近距离障碍物检测,超声波传感器对30~200cm远距离障碍物检测,并且以SPCE061A单片机为控制核心,液晶HS12864-1为显示结果,设计了一种自动避障小车。测试表明:小车可检测出0~200cm内的障碍物距离,测量误差小于1%。     

基于多维尺度的矿山无线传感器网络定位算法

无线传感器网络(WSN)应用于具有复杂性,高度动态性以及无线信号的传播不确定性的矿井较为困难。为了获取地下矿井中大量矿工的位置,部署了无线传感器网络用于获取佩戴于矿工身上的无线移动节点的位置信息。引入了基于卡尔曼滤波估计以及弹性粒子的定位算法,用于节点间的距离测量,提高了动态环境下测距模型所获取的距离信息的精度;基于分簇机制减小网络计算复杂度,并使用了Ao A和余弦定理得到网络中无法直接连接的节点间的距离信息,通过簇之间的距离矩阵的整合得到最终网络的距离矩阵;使用多维尺度(MDS)定位算法重构出网络中所有移动节点的最终位置。实验结果表明,算法有效的减小了定位误差,适用于具有高度动态性与复杂结构的矿井无线传感器网络。     

基于光导航的无线充电小车设计

基于光导航的无线充电小车以TC264D芯片为主控芯片,MT9V034灰度摄像头为信标灯检测传感器,编码器作为速度检测传感器,通过大津法及连通域算法获取信标灯的位置信息,并根据位置信息优化策略,利用控制算法调节驱动电机的转速进行闭环控制,实现小车自主识别信标灯并进行追踪。另外小车采用LCC拓扑结构进行无线充电来获取电能,为小车提供动力。试验结果表明,该小车完成了自动充电和实时追踪信标灯,系统方案可靠稳定。     

基于IMA-FPGA的电力传感器失调节点定位方法

为了解决动态测试系统中,由于电力传感器失调节点定位偏差,产生的测试数据失调现象,提出基于改进关联挖掘算法(Improved Mining Association Algorithm,IMA)及FPGA实现的电力传感器失调节点定位方法,对关联挖掘算法进行了详细的逻辑分析。利用该算法思路获取电力传感器失调节点间的关联规则,基于该关联规则,通过电力传感器失调节点的DV-Hop定位算法,将未知电力传感器失调节点到信标节点间的距离,用网络中节点平均每跳距离和到信标节点间的跳数乘积表示,采用三角定位获取电力传感器失调节点的位置。为了将最佳电力传感器动态定位器运用在在线检测中,在动态定位器的硬件结构中融入了分布式算法,给出了电力传感器动态定位器的高速并行FPGA实现过程。实验结果说明,所提方法进行电力传感器失调节点定位时的执行时间与内存使用量方面均优于传统方法,定位准确率方面比传统方法也有很大提高,有一定的实际应用价值。     

二维声源定位算法仿真

文中提出新的高精度,快速二维声源定位算法.计算机采集四个声音传感器,一个风速传感器和一个风向传感器的信号,计算出声源的位置和当地的声速.用MatLab语言进行的仿真分析结果以及用VB所设计的交互式虚拟二维声源定位系统软件的使用表明,该算法是实用和有效的.