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)通過麥克風(fēng)陣列采集目標(biāo)聲源信號，對信號進(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、無人機(jī)定位、視頻會議和智能音響等。
　　本文以移動聲源和空中炸點(diǎn)等低小慢目標(biāo)為對象，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)的多重信號分類(Multiple Signal Classification，MUSIC)算法實(shí)現(xiàn)了對炸點(diǎn)和移動聲源的實(shí)時定位。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　(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)聲源的時頻特性、不同聲場下的陣列信號

3、處理模型以及麥克風(fēng)個數(shù)、陣元間距、多徑及多普勒效應(yīng)對聲源定位精度的影響。
　　(3)在基于到達(dá)時間差(TDOA)的定位算法方面，研究了幾種常用的時延估計算法，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MATLAB對各個算法進(jìn)行驗(yàn)證與分析，比較它們在不同噪聲下的時延估計精度。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的定位算法方面，分析了利用經(jīng)典MUSI

4、C算法對聲源方位角估計的實(shí)現(xiàn)步驟。并且，針對遠(yuǎn)場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MATLAB對經(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)計與實(shí)現(xiàn)，包括硬件平臺的的搭建以及MATLAB程序設(shè)計。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遠(yuǎn)場炸點(diǎn)的方位角與三維