基于传声器阵列的声源定位研究

论文摘要

基于传声器阵列的声源定位是指将若干个传声器按照一定的几何结构排列,组成传声器阵列,通过阵列信号处理的方法对该阵列接收到的声源信号进行处理,根据所得数据确定出声源的几何位置。基于传声器阵列的声源定位技术在视频会议、目标定位、语音识别、声音检测及语音增强等领域有重要的应用价值。它可以以电子瞄准的方式对准声源而不需要人为地移动传声器,弥补了单个传声器在噪声处理和声源定位方面的不足,有着广阔的应用前景。本文主要对基于传声器阵列的声源定位技术领域中的基于时延的定位理论进行了研究。在时延估计算法方面,本文详细研究了广义互相关(GCC)时延估计算法,对其作详细的数学推导,论述各种加权函数的形式及性能特点,并针对传统GCC算法的缺点,提出改进算法,提高其抗噪声和混响的能力;同时研究了基于最小均方(LMS)的自适应时延估计法,给出结构模型和算法公式,分别论述其在时域和频域的实现形式,并进行改进,以提高时延估计的精度;另外,还讨论了基于信号初始段包络和基于高阶统计量的时延估计法。在阵列布设方面,本文重点研究了平面四元阵和平面五元阵的定位原理和算法,并进行误差分析和仿真比较。最后,提出一种实际可行的基于广义互相关的声源定位方法,仿真结果表明,改进的广义互相关法具有较好的性能,可考虑在实际中使用。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 传声器阵列声源定位技术的应用现状和发展趋势
• 1.3 基于传声器阵列的声源定位与传统阵列信号处理的不同
• 1.4 声源定位系统模型
• 1.4.1 基于传声器阵列的声源定位系统描述
• 1.4.2 混响模型
• 1.5 高精度声源定位系统面临的问题
• 1.6 本论文完成的工作
• 第二章 传声器阵列定位技术的常用方法
• 2.1 基于最大输出功率的可控波束形成技术
• 2.2 高分辨率谱估计技术
• 2.3 基于声压幅度比的定位方法
• 2.4 基于声达时间差的声源定位技术
• 2.5 几种定位方法的比较
• 第三章 时延估计算法研究
• 3.1 时延估计的物理含义
• 3.2 广义互相关时延估计法
• 3.2.1 基本互相关算法
• 3.2.2 广义互相关时延估计法
• 3.2.3 广义互相关时延估计法仿真
• 3.3 对广义互相关时延估计法的改进
• 3.4 最小均方（LMS）自适应时延估计
• 3.4.1 LMSTDE算法
• 3.4.2 频域自适应时延估计算法
• 3.5 对自适应时延估计法的改进
• 3.6 其它时延估计方法
• 3.6.1 基于信号初始段包络的时延估计
• 3.6.2 高阶统计量时延估计法
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于时延的定位方法研究
• 4.1 传声器和声源位置关系的几何模型
• 4.2 空间几何定位算法
• 4.2.1 平面四元阵算法原理及误差分析
• 4.2.2 对平面四元阵的改进——平面五元阵
• 4.3 空间几何搜索定位法
• 第五章 一种实际可行的声源定位方法
• 5.1 实际中声源定位系统的设计要求
• 5.2 一种实际可行的时延估计方法
• 5.2.1 算法流程
• 5.2.2 仿真试验
• 5.3 基于时延的定位方法
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 发表论文和参与科研情况说明
• 致谢