MEMS矢量传声器研究进展

矢量传声器由声压传感器和质点振速传感器复合构成,可时间同步、空间共点测量声场声压标量及质点振速矢量信息,在开展振动噪声监测、被动声测定位以及声全息成像等相关声学测试方面有着独特的优势,因而具有重要的工程应用价值.质点振速传感器是矢量传声器的核心部件,具有偶极子指向性,可直接感测声场质点振速各正交分量.基于此,介绍基于微...     

基于矢量语音传感器的双麦克风语音增强算法

在语音增强技术领域,双麦克风语音增强技术具有尺寸小、功耗低的优势,因此得到了越来越多的应用。传统的双麦克风语音增强技术一般使用全向麦克风进行信号采集。矢量语音传感器可以采集声矢量信息,其“8”字形指向性使其天然具有抑制环境噪声的能力。将基于相干函数的双麦克风语音增强算法与矢量语音传感器相结合,提出一种基于矢量语音传感器的双麦克风语音增强算法,对其指向性进行仿真分析,并在消声室进行实测验证。结果表明,与相同阵列形式下的全向麦克风双麦阵列相比,矢量语音传感器双麦阵列具有更好的指向性和语音增强效果。     

基于近场波束形成的麦克风阵列语音增强方法

当麦克风阵列用于封闭环境中非手持式语音拾取时,必须面对的一个问题是声场为阵列近场的问题。该文在子带自适应波束形成方法的基础上,引进了一种基于近场波束形成的麦克风阵列语音增强方法。该方法充分利用了近场球面波的波前弯曲率,有效地衰减了混响和噪声对期望信号的影响。仿真实验结果表明,在小房间混响条件下,基于近场波束形成的麦克风阵列语音增强方法取得了较好的噪声抑制效果。     

双麦阵列的联合语音增强算法

在多路噪声环境中,单通道语音增强技术往往增强效果有限,为解决这一问题,重点研究了方向性麦克风语音增强技术,利用波束形成技术,达到抑制波束外的干扰信号同时又保留目标信号的目的,麦克风阵列能进行初步的噪声过滤,有效提高语音理解度及信噪比,但无法完全消除噪音,为进一步改善语音质量,研究一种基于方向性麦克风和改进的维纳滤波的联合语音增强算法, 实验结果显示,这种方法得到的最终语音信号质量更好。     

面向语音通信与交互的麦克风阵列波束形成方法

临境语音通信与智能语音交互都面临复杂声学环境中的远距离高保真拾音难题，解决这一难题的有效途径是使用由多个麦克风传感器组成的麦克风阵列或多通道拾音系统，这种系统的核心是信号处理，通过对空间采样的声场信息进行时、空、频三域的联合处理来实现声源定向/定位、信号增强、噪声抑制、混响抑制、声源分离、声场参数估计等功能。麦克风阵列信号处理的方法有很多，其中研究的最多、使用的最广的方法是波束形成。本文对麦克风阵列波束形成的原理、进展以及当前常用的方法进行简要综述，内容涵盖延迟求和、超指向、差分、正交级数展开、Kronecker和自适应波束形成方法等。论文侧重于方法原理、机理和架构方面的探讨，具体的算法实现细节感兴趣的读者可以参考相应的文献。      

一种近场环境下的麦克风阵列语音增强方法

针对语音源位于阵列近场而干扰噪声源位于阵列远场的声学环境,本文提出了一种基于近场双自适应波束形成的麦克风阵列语音增强方法。该方法利用近场声波波前的特点,主通道采用最小方差无失真响应准则的近场优化波束形成器,辅助通道采用双自适应波束形成技术,从而有效地抑制了混响和噪声对语音信号的影响。仿真实验结果表明,在房间混响条件下,本文方法具有良好的噪声抑制性能。     

迭代更新导向矢量的稳健波束形成算法

稳健的Capon波束形成器(RCB)可以克服常规波束形成对导向矢量误差的敏感性,但其性能受导向矢量误差范围估计值的影响.为此,提出了一种不需要给定误差范围的稳健波束形成方法,利用导向矢量误差中与假想导向矢量正交的分量,将双约束RCB算法的优化问题转换为几个迭代的二次锥规划问题,逐次更新导向矢量以获得最优权,计算机仿真验证了方法的有效性.     

智能麦克风阵列语音分离和说话人跟踪技术研究

本文介绍一种新的基于麦克风阵列的语音分离和说话人跟踪技术.该技术使用麦克风阵列,形成一个指向感兴趣说话人的波束来增强信号,并通过方向置零来抑制其他说话人的声音和噪声,同时用自适应算法跟踪说话人的方位变化.仿真验证了该技术的有效性.与常规的自适应算法相比,该算法不需训练序列,具有显著的优势.     

基于盲波束形成的麦克风阵列语音增强方法

考虑到语音信号方向向量估计误差对传统波束形成语音增强性能的影响,该文提出一种盲波束形成语音增强方法。由于采用阵列四阶互累积量和线性约束最小方差波束形成器相结合,使得该方法对语音信号方向向量误差具有一定韧性。此外,采用多通道后置滤波去除盲波束形成器输出端的残留噪声。仿真结果表明,在语音信号波达方向等先验信息未知的情况下,该文提出的盲波束形成语音增强方法仍具有较好的噪声抑制性能。     

基于麦克风阵列的相容时延矢量声源定位方法

时延估计是常用的声源定位方法,传统的算法将定位分为两个步骤,即先估计麦克风阵列中每一对基元的接收信号时延,然后根据这些时延用几何的方法确定声源的位置。在低信噪比下,一对麦克风的时延估计误差较大,导致定位误差较大。相容时延矢量估计算法将两步合为一步,没有逐对估计时延,而是构造一个目标函数,通过搜索得到声源的位置。仿真结果表明,在低信噪比下,只需要较短的数据,该算法仍可得到较高的定位精度。     

阵列式微型血红蛋白传感器的研制

利用微加工和微装配技术研制了一种微型的阵列式血红蛋白传感器芯片。该传感器芯片非线性仅为3.67%,检测下限达0.1 mg/mL,同时在1 mg/mL浓度下的灵敏度达70μA;在酸性条件下每个单位的pH值变化引起的误差不大于10%,而且在中性和碱性条件下这种影响几乎消失;温度引起的误差约为0.2μA/℃。传感器芯片具有很好的线性度、很稳定的pH特性和温度特性,能够可靠地对血液中血红蛋白进行有效的测定。研究结果显示,在血红蛋白的测定和消化道出血症的检测等医学领域有很好的应用前景。     

电磁矢量阵列的四元数Toeplitz矩阵重构算法

对于电磁矢量阵列的相干信源波达方向估计,针对空间平滑算法解相干时减少阵列有效孔径的问题,提出了一种四元数Toeplitz矩阵重构算法。首先,根据四元数的正交特性建立了信号接收模型,很好地保持了电磁矢量阵列的阵元输出信号两分量间的正交性,同时保证了波达方向角信息和极化信息都能包含在重构矩阵中;然后,在阵列各阵元接收数据与参考阵元接收数据的相关函数基础上,构成Hermitian Toeplitz矩阵,从而实现解相干。该算法与空间平滑算法相比增加了相干信源估计个数,且在低信噪比和入射角度接近时具有更好的估计性能,通过仿真实验得到了验证。     

矢量阵元阵列对Chirp信号极化和到达角的联合估计

针对LFM信号,利用分数阶傅里叶变换构造了一种新的空间极化时频分布:提出了基于L型矢量阵元阵列的二维到达角和极化联合估计算法。理论分析和仿真实验结果都表明,在低信噪比下该方法比已有的极化和到达角联合估计算法具有更好的性能。     

基于传播算子的声学矢量传感器阵列 扩展孔径二维DOA估计算法

 本文提出一种基于传播算子的声学矢量传感器阵列扩展孔径二维DOA估计算法.首先,利用传播算子方法得到一组高精度模糊的DOA估计值;然后,利用声学矢量传感器的特点得到另一组低精度无模糊的DOA估计值;最后,利用无模糊估计值对模糊估计值进行解模糊处理,得到高精度无模糊的DOA估计值.提出的算法无需进行特征值分解或奇异值分解进行信号子空间/噪声子空间的估计.与基于ESPRIT的算法相比,提出的算法的计算量约为信号个数与声学矢量传感器个数的四倍之比.计算机仿真结果表明在信噪比不是很低时,提出的算法与基于ESPRIT的算法具有相当的估计性能.     

声矢量阵自适应波束域广义似然比检测算法

为了解决水下强干扰背景下的远程弱目标被动探测问题,基于声矢量阵,本文提出了一种自适应波束域的检测算法。该算法首先对阵列接收数据进行波束域变换,令通带覆盖整个观测扇面,并自适应地抑制扇面外的强干扰信号;然后在波束域进行广义似然比检测。仿真结果表明,该算法能在强干扰背景下实现对远程弱目标的检测,并且具有恒虚警率特性。     

Multi-Source DOA Estimation Using an Acoustic Vector Sensor Array Under a Spatial Sparse Representation Framework

This paper investigates the estimation of the two-dimensional direction of arrival (2D-DOA) of sound sources using an acoustic vector sensor array (AVSA) within a spatial sparse representation (SSR) framework (AVS-SSR-DOA). SSR-DOA estimation methods rely on a pre-defined grid of possible source DOAs and essentially suffer from the grid-effect problem: Reducing the size of the grid spacing leads to increased computational complexity. In this paper, we propose a two-step approach to tackle the grid-effect problem. Specifically, omnidirectional sensor array-based SSR-DOA estimation firstly provides initial low-cost DOA estimates using a coarse grid spacing. Secondly, a closed-form solution is derived by exploring the unique subarray manifold matrix correlation and subarray signal correlation of the AVSA, which allows for DOA estimates between the pre-defined angles of the grid and potentially achieves higher DOA estimation accuracy. To further alleviate the estimation bias due to noise and sparse representation model errors, line-fitting (LF) techniques and subspace techniques (ST) are employed to develop two novel DOA estimation algorithms, referred to as AVS-SSR-LF and AVS-SSR-ST, respectively. Extensive simulations validate the effectiveness of the proposed algorithms when estimating the DOAs of multiple sound sources. The proposed AVS-SSR-ST algorithm achieves high DOA estimation accuracy and is robust to various noise levels and source separation angles.     

基于矢量阵宽带MVDR聚焦波束形成的水下噪声源定位方法

该文研究了可应用于水下噪声源近场定位的矢量阵宽带MVDR聚焦波束形成方法,其中包括基于子频带分解的矢最阵非相干宽带聚焦波束形成(ISMMVDR-VFB)以及矢量阵相干宽带CSS-MVDR聚焦波束形成(CSSMVDR-VFB).两种方法将宽带MVDR高分辨方位估计方法及矢量阵信号处理技术与聚焦波束形成相融合,较常规聚焦波束形成具有更高的分辨力和更低的旁瓣级,能解决"左右舷模糊"问题并提高处理增益.与非相干算法ISMMVDR-VFB相比,CSSMVDR-VFB采用聚焦变换思想,可直接处理相干宽带信号,对于实际水声信号具有更高的适用性.最后通过对研究方法的空间谱仿真分析证明了其正确性和有效性.     

传声器阵列语音拾取系统的设计

介绍了传声器阵列语音拾取和传输的基本原理,给出了系统各个模块的设计方案和实现方法。采用FPGA实现多路音频信号复用和传输,完成了大型传声器阵列的结构设计。该系统稳健性能高、扩展性良好、多路语音数据有较高的同步性。在大型互动游戏环境中能方便地完成人机语音指令交互。     

用于移动式激光通信的微型激光阵列器件

文中提出了一种微型半导体激光器和光电探测器混合激光阵列器件，采用MOEMS（微光机电系统）技术进行集成，基于该阵列器件的激光通信系统具有结构简单，体积小，可自动跟踪目标实现移动通信的特点。并具体设计制作了完整样机，讨论了基于此器件的自动应答激光通信系统的结构和工作原理。实验研究表明：样机系统能够很好地达到移动激光通信所要求的功能。     

微型水声传感网水下传感器节点设计

针对在海洋环境监测系统中水声传感网高传输速率、高可靠性、长时间工作的要求,文中设计了一种低功耗的微型水下传感器节点。设计采用较高的能量转换率和接收灵敏度的换能器T235,并且在发送单元使用变压器进行阻抗匹配以使信号功率最大化传输。接收单元采用8阶巴特沃斯带通滤波器,可以更好地滤除噪声。软件上,移植并且优化了MAC协议,减少撞包和重发的概率。测试结果显示,在小规模范围内,传输速率在19 200 bit·s ^-1时,系统的总功耗低于20 W,能达到90%以上的通信传输成功率。