面向目標(biāo)波達(dá)方向?qū)崟r(shí)估計(jì)的傳聲器陣列系統(tǒng)研究.pdf

1、基于傳聲器陣列的目標(biāo)波達(dá)方向（DOA）估計(jì)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)，是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位和實(shí)時(shí)追蹤的先決技術(shù)。尤其是在軍事和安防領(lǐng)域，傳聲器陣列因其隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，適用于如戰(zhàn)場(chǎng)、叢林等環(huán)境特殊、廣域無人區(qū)域的監(jiān)控。然而，隨著數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)、智能安防等對(duì)大規(guī)模、高密度信息獲取需求的提出，如何設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)向、低功耗、低成本且適合于長(zhǎng)期自主穩(wěn)定工作的實(shí)時(shí)傳聲器陣列系統(tǒng)，面臨新的挑戰(zhàn)。
　　 針對(duì)上述問題

2、，本文利用現(xiàn)有非實(shí)時(shí)傳聲器陣列系統(tǒng)對(duì)已有算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并從算法和系統(tǒng)層面提出了實(shí)時(shí)傳聲器陣列系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思路:分別為降低DOA估計(jì)算法復(fù)雜度、高性能實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以及將DOA估計(jì)算法放在后臺(tái)融合中心處理。主體工作主要分為以下四個(gè)部分:
　　 1)研究并驗(yàn)證了高精度DOA估計(jì)算法:AML（Approximated Maximum Likelihood），利用已有非實(shí)時(shí)傳聲器陣列系統(tǒng)Voxnet，對(duì)AML算法實(shí)用性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究驗(yàn)

3、證。實(shí)驗(yàn)證明了即使在信噪比較低的環(huán)境下，AML算法仍然能保持較高的DOA估計(jì)性能和多元目標(biāo)信號(hào)分離性能;并進(jìn)一步利用多個(gè)陣列節(jié)點(diǎn)，驗(yàn)證了聲源目標(biāo)定位的性能;最后提出了實(shí)時(shí)傳聲器陣列系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思路。
　　 2)從降低DOA估計(jì)算法復(fù)雜度出發(fā)，提出了改進(jìn)的正則化正交匹配追蹤DOA估計(jì)算法（TROMPDOA），通過一系列仿真證明了，在算法復(fù)雜度接近甚至要優(yōu)于原有貪婪類算法（OMPDOA）的情況下，TROMPDOA的估計(jì)性能和算法穩(wěn)定性

4、要優(yōu)于OMPDOA。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了TROMPDOA在當(dāng)前實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中的DOA估計(jì)性能。
　　 3)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于ARM+FPGA+DSP架構(gòu)的高性能傳聲器陣列系統(tǒng)，該系統(tǒng)平臺(tái)被應(yīng)用于19元傳聲器陣列的信號(hào)采集、本地實(shí)時(shí)處理以及結(jié)果的實(shí)時(shí)傳輸;外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，利用上述19元傳聲器陣列系統(tǒng)對(duì)低空目標(biāo)（飛機(jī)、無人機(jī)等）實(shí)現(xiàn)DOA實(shí)時(shí)估計(jì)。
　　 4)針對(duì)高性能傳聲器陣列系統(tǒng)的陣型固定，不易擴(kuò)展，功耗及成本高等缺點(diǎn)