基于麦克风阵列的远场声源目标定位技术研究

摘要

随着信号处理技术的发展，基于麦克风阵列的声源定位越来越成为这个领域的研究热点。在军事、交通、智能机器人等方面都有着较为广泛的应用前景和重要的应用价值。
　　本文设计了一套基于麦克风阵列的信号采集实验平台，该硬件平台由麦克风阵列、NI-9234数据采集卡、计算机三部分组成，声源目标所发出的声音信号由麦克风转化成电压信号，数据采集卡将采集到的模拟信号转化成为数字信号并通过网口传输到计算机，以便对其进行研究处理。
　　在搭建了信号采集平台的基础上，深入研究了基于麦克风阵列的声源定位技术，首先对传统的利用麦克风阵列确定声源位置的方法进行了比较分析，确定了基于时延估计的声源定位方法。其次对采集到的声音信号进行滤波降噪、加窗、端点检测等预处理，使其能够达到使用时延估计算法的要求。然后对时延估计的方法进行了系统的研究，通过分析比较了几种时延估计算法和加权函数，发现了相位变换（PHAT）加权广义互相关时延估计算法的峰值比其他普通算法更加明显，抗噪能力更强，并对 PHAT加权函数进行改进使其更加适用于本课题所研究的外部环境以及单一声源。最后研究了时差定位算法，分析研究了在二维平面以及三维空间上的时差定位情况并进行仿真分析，确定该方法的可行性。
　　在理论研究的基础上，开发设计了一套声源目标定位的实验验证软件系统，并进行了模拟仿真以及实际测试，对比了仿真与实测结果，结果表明本文所采用的方法能够对远场声源目标进行定位，定位精度达到预期目标，且算法实现简单，运算量小。定位中发现可以通过抛物线拟合、插值法升采样率、温度补偿法和增加麦克风阵元数量来提高定位的精度，在此基础上对声源定位系统的误差进行了分析。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究概况

1.3 论文主要内容及安排

第二章 声源定位系统设计

2.1 系统整体设计

2.2 系统硬件结构

2.3声音信号的采集及存储

2.4 本章小结

第三章 声音信号预处理

3.1 滤波去噪

3.2 加窗

3.3 端点检测

3.4 本章小结

第四章 时延估计算法

4.1 麦克风阵列的声源定位方法概述

4.2 时延估计的几种方法

4.3 改进的GCC-PHAT算法

4.4 本章小结

第五章 基于时延估计算法的声源定位

5.1 二维时差定位算法

5.2 三维时差定位算法

5.3 最小二乘法

5.4 本章小结

第6章 声源定位的实验结果与分析

6.1 声源定位系统软件平台设计

6.2 仿真实验结果与实际测试结果

6.3 提高定位精度的方法

6.4 误差分析

6.5 本章小结

总结与展望

全文总结

展望

主要技术创新点

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