基于時(shí)延估計(jì)的聲源定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、通過對聲源的定位可以有效解決聲場加強(qiáng),在無可視目標(biāo)情況下目標(biāo)定位等問題。目前眾多聲源定位研究只停留在實(shí)驗(yàn)室研究的層面,這既有本身技術(shù)不成熟也有因大量的高復(fù)雜運(yùn)算而導(dǎo)致系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的原因,因此迫切需要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種低成本,高抗噪性能和實(shí)時(shí)性高的聲源定位算法。
　　本文的研究工作主要從兩個(gè)方面展開:一個(gè)是基于自適應(yīng)濾波的時(shí)延估計(jì)算法研究(簡稱：自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)算法)；另一個(gè)是基于時(shí)延估計(jì)的聲源定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
　　基于時(shí)延估

2、計(jì)的聲源定位系統(tǒng)的核心是時(shí)延估計(jì)值計(jì)算,目前通用的時(shí)延估計(jì)算法種類繁多,多存在算法繁雜、計(jì)算量大、抗干擾性能以及系統(tǒng)跟蹤性能低下等問題。對此,本文在研究已有的時(shí)延估計(jì)算法基礎(chǔ)上,為了提高嘈雜環(huán)境中系統(tǒng)的抗干擾能力,采用遞推最小二乘自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)算法替代最小均方自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)算法；針對已有時(shí)延估計(jì)算法存在系統(tǒng)跟蹤能力低下、收斂速度低的缺陷,本文提出了一種改進(jìn)型的變步長最小二乘自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)算法。核心思想為將步長因子與系統(tǒng)誤差建立合適的函數(shù)

3、關(guān)系,實(shí)時(shí)更新步長因子,實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)不同時(shí)刻的系統(tǒng)誤差在自適應(yīng)算法中的權(quán)重的目的,最終提高系統(tǒng)的收斂速度,并減小系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下的失真。從仿真結(jié)果來看,變步長最小二乘自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)算法不單在抗噪性能上很好的繼承了最小二乘自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)算法的抗噪性能,同時(shí)又提高了系統(tǒng)的跟蹤性能,加快了運(yùn)算速度,為實(shí)時(shí)聲源定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。
　　基于上述原理,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)聲源定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硬件包括一個(gè)含3個(gè)麥克風(fēng)的音頻采集、采樣系統(tǒng),軟件

4、為采用C語言實(shí)現(xiàn)的聲源定位算法。實(shí)驗(yàn)環(huán)境為室內(nèi),采用基于變步長最小二乘以及基于最小均方自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)的聲源定位系統(tǒng),在同一強(qiáng)度聲源信號情況下,分別進(jìn)行了針對靜音環(huán)境中不同聲源位置的定位實(shí)驗(yàn)和針對同一聲源位置不同強(qiáng)度背景噪聲的定位實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在同一強(qiáng)度的聲源信號情況下,定位精度隨聲源與麥克風(fēng)距離的增加而下降,基于變步長最小二乘自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)算法要優(yōu)于基于最小均方自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)的聲源定位；在同一強(qiáng)度的聲源信號情況下,通過模擬不同強(qiáng)度

5、的環(huán)境噪聲對系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),隨著噪聲強(qiáng)度的增加,聲源定位系統(tǒng)的定位精度有所下降?；谧儾介L最小二乘自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)的聲源定位精度,在65分貝噪聲強(qiáng)度環(huán)境下(國標(biāo)UDC534.836)開始下降,在70分貝噪聲強(qiáng)度環(huán)境下定位精度下降比較明顯；基于最小均方自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)的聲源定位精度,在50分貝噪聲強(qiáng)度環(huán)境下開始下降,在60分貝、65分貝、70分貝噪聲強(qiáng)度環(huán)境下定位精度下降,聲源位置實(shí)測真位差增加非常明顯。
　　從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,