基于嵌入式的麥克風(fēng)陣列聲源定位系統(tǒng)算法研究.pdf

1、基于麥克風(fēng)陣列的聲源定位技術(shù)通過(guò)麥克風(fēng)陣列采集目標(biāo)聲源信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行陣列處理得出各路聲特征，結(jié)合聲源定位算法得到聲源的位置信息。這種定位技術(shù)是一種基于被動(dòng)目標(biāo)定位原理的定位技術(shù)，與雷達(dá)和聲吶定位相比，該技術(shù)具有更好的隱蔽性和安全性。目前，該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域和生活領(lǐng)域，如狙擊手定位、無(wú)人機(jī)定位、視頻會(huì)議和智能音響等。
　　本文以移動(dòng)聲源和空中炸點(diǎn)等低小慢目標(biāo)為對(duì)象，研究了目前常用的幾種聲源定位算法，分析了它們的差異和各自

2、的優(yōu)缺點(diǎn)。最后，搭建了一套基于嵌入式的聲源定位系統(tǒng)，利用PHAT廣義互相關(guān)算法以及改進(jìn)的多重信號(hào)分類(lèi)(Multiple Signal Classification，MUSIC)算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)炸點(diǎn)和移動(dòng)聲源的實(shí)時(shí)定位。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)分析了目常用的三種麥克風(fēng)陣列聲源定位算法的優(yōu)缺點(diǎn)以及它們各自的適用場(chǎng)景，選擇出適用于本文研究的目標(biāo)聲源特征的算法。
　　(2)分析了目標(biāo)聲源的時(shí)頻特性、不同聲場(chǎng)下的陣列信號(hào)

3、處理模型以及麥克風(fēng)個(gè)數(shù)、陣元間距、多徑及多普勒效應(yīng)對(duì)聲源定位精度的影響。
　　(3)在基于到達(dá)時(shí)間差(TDOA)的定位算法方面，研究了幾種常用的時(shí)延估計(jì)算法，如基本互相關(guān)算法、廣義互相關(guān)算法和互功率譜相位法等。通過(guò)MATLAB對(duì)各個(gè)算法進(jìn)行驗(yàn)證與分析，比較它們?cè)诓煌肼曄碌臅r(shí)延估計(jì)精度。最后分析了五元線陣和五元金字塔陣的幾何定位算法，推導(dǎo)出它們的定位公式。
　　(4)在基于高分辨率譜估計(jì)的定位算法方面，分析了利用經(jīng)典MUSI

4、C算法對(duì)聲源方位角估計(jì)的實(shí)現(xiàn)步驟。并且，針對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)單聲源引入一種改進(jìn)的MUSIC算法。最后，在不同的實(shí)驗(yàn)條件下，通過(guò)MATLAB對(duì)經(jīng)典MUSIC算法和改進(jìn)的MUSIC算法進(jìn)行驗(yàn)證與分析。
　　(5)整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括硬件平臺(tái)的的搭建以及MATLAB程序設(shè)計(jì)。利用X86嵌入式單板、麥克風(fēng)陣列和外置USB聲卡搭建一套聲源定位系統(tǒng)。
　　(6)結(jié)合PHAT廣義互相關(guān)算法，運(yùn)用五元線陣和五元金字塔陣分別對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)炸點(diǎn)的方位角與三維