一种新颖的声源被动定位技术研究

通过声传感器阵列可实现对声源的自适应检测定位及跟踪,这使得它在声学目标探测、目标跟踪等诸多领域有着广泛的应用。五元十字阵是一种有效的声源定位结构,但在复杂环境中,常规的相关方法对于声源的被动定位往往难以得到准确的定位结果。由此提出采用互信息的时差定位方法改进其性能,并对这种新的被动定位算法进行了完整的分析。实验结果表明：文章提出的被动定位方法能够取得比常规定位方法更稳定、准确的结果,而且实现简单,实时性好,能充分满足实际工程应用的要求。     

单水听器时频分布相关水下声源定位方法

针对水下声源深度距离估计问题,利用时-频分布相关提出最小方差无畸变响应方法和子空间方法.通过对单声源定位、双声源定位等条件,对比两种方法的定位性能.仿真数据表明,两种方法均能实现对单声源的定位,且子空间方法对噪声有很好的抑制作用,可在信噪比为-15?dB时有效定位声源.针对双声源定位,声源级相同且无噪声时,最小方差无畸变响应方法无定位能力,子空间方法可在一定程度定位声源大致位置,但其中一个声源位置误差较大;针对不同声源级的双声源定位结果表明,最小方差无畸变响应方法只能在弱干扰条件下实现声源定位,而子空间方法能在较低信干比时准确定?位声源.     

基于BP神经网络的双耳声源定位算法

为了提高复杂声学环境中双耳声源定位性能,本文利用多种双耳空间特征参数,提出了基于神经网络方法的鲁棒双耳声源定位算法。本文将不同声学环境下双耳声信号对应的互相关函数、耳间强度差等空间定位线索,作为输入特征,用于训练BP神经网络。在混响和噪声环境下,与传统双耳定位算法相比,本文基于BP神经网络的双耳定位算法的定位性能有显著提高,特别是低信噪比条件下,定位正确率提高更为显著。     

一种利用线性预测定位的声源跟踪方法

在声源跟踪中,声源定位的精度和更新速率决定了声源跟踪方法的精确度和实时性。常用的声源定位算法易受噪声和混响的干扰,定位精度较差。提出了一种声源跟踪方法,利用语音的线性预测残留误差求互相关对声源定位,减小了噪声和混响对定位的影响。仿真结果显示,该声源跟踪方法有较高的精度和稳定性。     

改进的SRP-PHAT声源定位方法

基于联合可控响应功率和相位变换(SRP-PHAT)的传声器阵列声源定位方法是一种鲁棒的声源定位方法。该方法在弱噪声和适度混响的环境下,可以获得较精确的波达方向角(DOA)估计,但在低信噪比或强混响的环境下,该方法的性能并不理想,而且庞大的运算量也限制了其在实时定位系统中的应用。针对这两方面的问题,本文提出了一种改进的SRP-PHAT传声器阵列声源定位方法,从而使定位方法的运算量大大降低。仿真实验表明,改进的SRP-PHAT定位方法即使在噪声干扰较大和混响影响较严重的环境下,仍具有较高的定位精度。     

基于频率信噪比加权的麦克风阵列声源定位算法

为了提高噪声和混响环境下麦克风阵列的声源定位算法性能,提出了一种基于频率信噪比加权的可控响应功率定位算法。该算法首先根据每帧阵列信号的频域协方差矩阵估计每个频率的信噪比;然后通过激活函数将频率信噪比映射为加权值,并修正传统的相位变换可控响应功率计算公式;最后利用修正公式计算每个候选位置的可控响应功率值,通过搜索可控响应功率的最大值实现声源定位。该算法根据实时估计的频率信噪比自适应地调整各频率分量对可控响应功率的贡献。仿真结果表明,与传统的相位变换可控响应功率算法、维纳预滤波波束形成算法相比,在噪声和混响的复杂声学环境下,本文算法的定位正确率更高,均方根误差更小,对噪声的鲁棒性更强。      

基于统计的近场声源定位方法

基于麦克风阵列的声源定位技术可以广泛应用于音视频会议、说话人跟踪与识别以及助听器等众多场合中。根据语音信号的短时平稳特性,文中提出了一种改进的基于MUSIC算法进行声源二维定位的方法。该方法按帧交叉进行声源数估计和声源方位估计,最后对多帧信号的估计值进行统计、平均得到最终的方位估计和较准确的声源数估计。仿真结果表明,这种方法能有效解决由于声源数估计不准确导致的峰值搜索时偏差较大的问题,并且具有良好的抗噪性能。     

TDOA声源定位中阵列阵型对误差的影响

在麦克风阵列声源定位中,不同阵列阵型及声源频率高低均对定位结果产生影响,探讨上述不同变量对定位结果产生误差的定量分析。使用到达时间差测量(TDOA)算法,运用16个麦克风分别组成十字型、同心圆、方型、L型、Y型阵列,探讨不同形状的麦克风阵列在不同频率声源下所产生的定位误差,并在Matlab上进行仿真分析,尝试得到较为准确的声源定位结果,提出一种误差最小的用于麦克风阵列声源定位的同心圆阵列阵型。     

分布式圆阵空间宽带声源定位方法

为提高空间声源定位精度、减少计算量、提高噪声鲁棒性,提出了一种高精度的分布式圆阵空间声源定位方法。该方法首先将声信号通过聚焦矩阵转换成窄带信号,再利用空间谱及其相位信息的群延迟函数乘积消除无关伪峰,得到高精度声源波达方向估计。然后借助于区域质心在三维坐标系的各投影面分别建立粗略信号源区域。最后结合联合可控响应功率相位,进行区域收缩,得到粗略收缩区域,并将互功率谱最大点作为声源定位估计。该方法利用群延迟函数提高了空间谱信息利用率,得到高精度波达方向估计,增强了初始区域的可靠性;区域质心收缩和可控响应功率相位联合应用,可快速锁定声源位置,降低搜索的复杂度。另外分布式阵列的大孔径、对子阵位置变化不敏感的特性增强了该方法对噪声的鲁棒性。仿真实验验证了该算法能实现高精度声源定位。      

基于分层采样粒子滤波的麦克风阵列说话人跟踪方法

针对噪声与混响环境下的说话人跟踪问题,本文提出了一种基于粒子滤波的麦克风阵列声源定位与跟踪方法.该方法在粒子滤波框架下,将无混响影响的语音建立信号作为观测信息,通过计算麦克风阵列波束形成器的输出能量来构建似然函数,同时考虑语音信号不同频率成分在声源定位中的作用,利用分层采样方法提高粒子的采样效率.实验结果表明,本文方法提高了说话人声源跟踪系统的抗噪声与抗混响能力.     

运动声源定位阵列设计及校准研究

在飞跃噪声源定位测量中,核心技术是运动声源定位技术,测量过程涉及传声器阵列设计技术及传声器阵列校准基础技术研究.利用对消声室内移测架携带的不同速度的运动声源进行定位分析,利用自研程序处理采集数据获得噪声源实际位置,通过结果对比分析,验证了运动声源定位的可行性,为飞机飞行噪声源定位奠定了基础.     

Maximum likelihood multiple-source localization using acoustic energy measurements with wireless sensor networks

A maximum likelihood (ML) acoustic source location estimation method is presented for the application in a wireless ad hoc sensor network. This method uses acoustic signal energy measurements taken at individual sensors of an ad hoc wireless sensor network to estimate the locations of multiple acoustic sources. Compared to the existing acoustic energy based source localization methods, this proposed ML method delivers more accurate results and offers the enhanced capability of multiple source localization. A multiresolution search algorithm and an expectation-maximization (EM) like iterative algorithm are proposed to expedite the computation of source locations. The Crame/spl acute/r-Rao Bound (CRB) of the ML source location estimate has been derived. The CRB is used to analyze the impacts of sensor placement to the accuracy of location estimates for single target scenario. Extensive simulations have been conducted. It is observed that the proposed ML method consistently outperforms existing acoustic energy based source localization methods. An example applying this method to track military vehicles using real world experiment data also demonstrates the performance advantage of this proposed method over a previously proposed acoustic energy source localization method.     

Error Analysis of a Localization Algorithm for Finite-Duration Events

This paper proposes and examines the performance of an algorithm used to locate a finite time-duration acoustic source that may have a small time-bandwidth product. The localization algorithm hypothesizes a source location and aligns the sensor signals by removing the propagation delay for that hypothesized location. The energy of the sum of the aligned signals is calculated and the hypothesized source location with the maximum energy is the estimate of the source position. The primary contribution of this paper is the development of the expression for the variance of localization error in any specified direction. The variance expression is validated through a comparison with Monte Carlo simulations     

声传感基阵与数据融合的声源定位系统研究

针对实际应用环境中存在的噪声和反射对声源定位精度的影响,探讨一种基于五元平面阵声传感声源定位的三基阵系统的实现方法,利用声信号到达不同位置各传声器的时延差及各基阵几何位置参数关系进行定位.采用几何数学方法分析声源定位的基础,利用FPGA完成声信号的高速采集和预处理.实验证明,在具有一定环境噪声和反射条件下,系统能对声源的距离、方位进行有效定位,实验数据稳定可靠.     

基于相位光时域反射的光纤分布式声波传感研究

文中提出了一种光纤分布式声波传感方案。作用在传感光纤上的声波信号导致后向瑞利散射光的相位变化,将含有声波信息的后向瑞利散射信号注入到迈克尔逊干涉仪,并采用相位载波解调算法解调出相位信息。实验中采用压电拉伸器模拟声波振动,分布式声波传感系统实现了10 m的空间分辨率以及平坦的频响。     

基于广义S变换的声发射信号分析及定位

针对声发射信号分析和声源定位问题,提出了基于广义S变换的声发射信号分析方法和三维空间定位方法,推导出了广义S变换的实现过程,使用广义S逆变换对信号进行去噪重构.为保证各传感器时差的准确性,本文利用广义S变换分析声发射信号,提取其主频带能量序列曲线上峰值所对应的时间进行时差计算,然后结合三维空间定位方法对声发射源进行精确定位.仿真实验结果表明该算法能够实现声发射信号的特征提取和准确定位,且误差小,可靠性好.     

基于线性校正总体最小二乘准则的三维说话人定位算法

针对到达时间差(TDOA)度量误差和麦克风阵列误差,提出了一种基于线性校正总体最小二乘准则的三维说话人定位算法.该定位算法通过对球面误差准则进行总体最小二乘优化来控制阵列误差的影响,并通过对优化过程引入方向参数的二次约束来控制算法的方差.仿真实验表明,本算法可以同时兼顾定位的方差性能和偏差性能,给出稳健的定位结果.     

基于压电换能器的声发射源定位成像研究

针对金属板类结构件的声发射(AE)源定位精度低,定位过程复杂等问题,研究了一种基于时间反转聚焦的声发射源定位成像方法。该方法首先分析了时间反转(TR)和定位成像的原理,建立了由4个声发射传感器组成的板件监测模型,最后通过在铝合金板上进行了声发射源的定位实验研究。实验结果表明,该方法在不需要复杂信号处理的情况下能有效地实现铝合金板声发射源的定位和成像,并将误差控制在有效范围内。     

基于菱形光纤布拉格光栅传感阵列的声发射定位技术

声发射技术是结构损伤检测的重要手段,声发射源定位是损伤检测的首要环节。时差定位技术具有快速、高效、精确的特点,以此设计了由菱形阵列光纤布拉格光栅（FBG）传感器构成的声发射定位系统。采用小波变换和传统阈值法提取特征信号,结合互相关法获得传感器间的信号到达时差,然后根据几何定位模型求解非线性方程组得到声源可能存在的位置,最后根据时差的正负特性进一步确定声源的准确位置,有效避免了伪声源的情况。在铝合金板上,以对角线为48 cm48 cm的监测区域进行了10组测试实验验证,平均误差为1.29 cm。