声源二维定位估计算法研究

论文摘要

声源定位估计算法研究是声源定位技术中的重点内容。而基于声传感器的声源定位技术能够对拾取的带噪声信号进行有效的空域滤波和消噪处理,在一定程度上改善声源定位系统的性能。为此,本论文对基于声传感器的声源二维定位估计算法进行了深入研究,主要做了以下的工作。首先,对现有的一些声源定位技术进行归纳和比较,分析了它们的优缺点,介绍了常用的几个信号处理方法,特别对基于时延估计的定位算法进行了深入讨论,在测量噪声服从高斯分布条件下对声源信号进行分析并建立了用于声源信号处理的传感器模型。其次,详细介绍了二维定位算法中使用的数学模型(双曲线和三角形)及传统的时延定位算法,在最大似然估计法和双耳电平差方法的基础上,提出了一种改进的基于双声传感器的二维定位算法,该算法通过同时考虑信号的能量比和时延量信息进行声源定位,把传感器数量精简至2个而使系统成本降低,并对算法进行了相关性能分析。最后,建立了一个实际的声源二维定位实验系统,设计并使用传感器、AVR单片机和PC组成的硬件系统进行声源信号的定位处理,验证了算法的可行性,并通过相关性分析对系统的关键部分进行计算验证。分析不同混响和信噪比条件下实验获得的数据结果表明,此系统运算速度较快,误差小,可在低混响和一定区域内实现对单个声源的精确定位。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 声源定位技术概述及国内外研究现状分析
• 1.3 声源二维定位拟要解决的关键问题
• 1.4 论文的主要内容与结构安排
• 第2章 声源二维定位技术与常用处理方法分析
• 2.1 引言
• 2.2 声源定位技术原理
• 2.2.1 基于最大输出功率的可控波束的声源定位
• 2.2.2 基于高分辨率谱估计的声源定位
• 2.2.3 基于时延估计的声源定位
• 2.2.4 基于波达方向估计的声源定位
• 2.3 常用处理方法及分析
• 2.3.1 经典波束形成器法
• 2.3.2 子空间特征值法
• 2.3.3 广义互相关函数法
• 2.3.4 最小均方自适应滤波器法
• 2.3.5 互功率谱相位法
• 2.4 本章小结
• 第3章 声传感器信号处理模型建立
• 3.1 传感器概述
• 3.1.1 传感器的组成与分类
• 3.1.2 传感器的特性与选择
• 3.2 信息的采集与处理
• 3.3 声源信号与声传感器信号处理模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 时延估计双步定位算法分析
• 4.1 数学模型在二维定位算法中的描述
• 4.1.1 双曲线在定位算法中的描述
• 4.1.2 三角形在定位算法中的描述
• 4.2 传统时延定位算法及研究
• 4.2.1 最大似然估计法
• 4.2.2 基于时延估计的定位法
• 4.2.3 非线性方程组求解
• 4.3 基于双耳电平差的定位法
• 4.4 本章小结
• 第5章 一个声源二维定位实验系统的建立
• 5.1 系统概述
• 5.1.1 定位系统框图
• 5.1.2 基于双声传感器的二维时延定位法的改进
• 5.1.3 二维时延定位算法性能分析
• 5.1.4 整体框架的建立及声源分析
• 5.2 定位系统的设计与实现
• 5.2.1 定位系统流程图
• 5.2.2 系统硬件设计
• 5.3 实验数据结果及相关分析
• 5.3.1 实验数据采集部分
• 5.3.2 双声传感器二维定位算法的计算
• 5.3.3 实验数据及结果分析
• 5.3.4 数据处理分析
• 5.4 定位算法精度分析
• 5.4.1 噪声的分类
• 5.4.2 误差函数及相关性能分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢