基于時延估計的聲源定位系統(tǒng)的設計與實現(xiàn).pdf

1、通過對聲源的定位可以有效解決聲場加強,在無可視目標情況下目標定位等問題。目前眾多聲源定位研究只停留在實驗室研究的層面,這既有本身技術不成熟也有因大量的高復雜運算而導致系統(tǒng)難以實現(xiàn)的原因,因此迫切需要設計并實現(xiàn)一種低成本,高抗噪性能和實時性高的聲源定位算法。
　　本文的研究工作主要從兩個方面展開:一個是基于自適應濾波的時延估計算法研究(簡稱：自適應時延估計算法)；另一個是基于時延估計的聲源定位系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。
　　基于時延估

2、計的聲源定位系統(tǒng)的核心是時延估計值計算,目前通用的時延估計算法種類繁多,多存在算法繁雜、計算量大、抗干擾性能以及系統(tǒng)跟蹤性能低下等問題。對此,本文在研究已有的時延估計算法基礎上,為了提高嘈雜環(huán)境中系統(tǒng)的抗干擾能力,采用遞推最小二乘自適應時延估計算法替代最小均方自適應時延估計算法；針對已有時延估計算法存在系統(tǒng)跟蹤能力低下、收斂速度低的缺陷,本文提出了一種改進型的變步長最小二乘自適應時延估計算法。核心思想為將步長因子與系統(tǒng)誤差建立合適的函數(shù)

3、關系,實時更新步長因子,實現(xiàn)調(diào)節(jié)不同時刻的系統(tǒng)誤差在自適應算法中的權重的目的,最終提高系統(tǒng)的收斂速度,并減小系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下的失真。從仿真結果來看,變步長最小二乘自適應時延估計算法不單在抗噪性能上很好的繼承了最小二乘自適應時延估計算法的抗噪性能,同時又提高了系統(tǒng)的跟蹤性能,加快了運算速度,為實時聲源定位系統(tǒng)的實現(xiàn)創(chuàng)造了條件。
　　基于上述原理,本文設計并實現(xiàn)了一個聲源定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硬件包括一個含3個麥克風的音頻采集、采樣系統(tǒng),軟件

4、為采用C語言實現(xiàn)的聲源定位算法。實驗環(huán)境為室內(nèi),采用基于變步長最小二乘以及基于最小均方自適應時延估計的聲源定位系統(tǒng),在同一強度聲源信號情況下,分別進行了針對靜音環(huán)境中不同聲源位置的定位實驗和針對同一聲源位置不同強度背景噪聲的定位實驗。實驗結果表明：在同一強度的聲源信號情況下,定位精度隨聲源與麥克風距離的增加而下降,基于變步長最小二乘自適應時延估計算法要優(yōu)于基于最小均方自適應時延估計的聲源定位；在同一強度的聲源信號情況下,通過模擬不同強度

5、的環(huán)境噪聲對系統(tǒng)的定位精度進行了實驗,隨著噪聲強度的增加,聲源定位系統(tǒng)的定位精度有所下降?；谧儾介L最小二乘自適應時延估計的聲源定位精度,在65分貝噪聲強度環(huán)境下(國標UDC534.836)開始下降,在70分貝噪聲強度環(huán)境下定位精度下降比較明顯；基于最小均方自適應時延估計的聲源定位精度,在50分貝噪聲強度環(huán)境下開始下降,在60分貝、65分貝、70分貝噪聲強度環(huán)境下定位精度下降,聲源位置實測真位差增加非常明顯。
　　從實驗結果來看,