【摘要】：隨著信號處理技術(shù)的發(fā)展,基于麥克風陣列的聲源定位越來越成為這個領(lǐng)域的研究熱點。在軍事、交通、智能機器人等方面都有著較為廣泛的應(yīng)用前景和重要的應(yīng)用價值。本文設(shè)計了一套基于麥克風陣列的信號采集實驗平臺,該硬件平臺由麥克風陣列、NI-9234數(shù)據(jù)采集卡、計算機三部分組成,聲源目標所發(fā)出的聲音信號由麥克風轉(zhuǎn)化成電壓信號,數(shù)據(jù)采集卡將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號并通過網(wǎng)口傳輸?shù)接嬎銠C,以便對其進行研究處理。在搭建了信號采集平臺的基礎(chǔ)上,深入研究了基于麥克風陣列的聲源定位技術(shù),首先對傳統(tǒng)的利用麥克風陣列確定聲源位置的方法進行了比較分析,確定了基于時延估計的聲源定位方法。其次對采集到的聲音信號進行濾波降噪、加窗、端點檢測等預處理,使其能夠達到使用時延估計算法的要求。然后對時延估計的方法進行了系統(tǒng)的研究,通過分析比較了幾種時延估計算法和加權(quán)函數(shù),發(fā)現(xiàn)了相位變換(PHAT)加權(quán)廣義互相關(guān)時延估計算法的峰值比其他普通算法更加明顯,抗噪能力更強,并對PHAT加權(quán)函數(shù)進行改進使其更加適用于本課題所研究的外部環(huán)境以及單一聲源。最后研究了時差定位算法,分析研究了在二維平面以及三維空間上的時差定位情況并進行仿真分析,確定該方法的可行性。在理論研究的基礎(chǔ)上,開發(fā)設(shè)計了一套聲源目標定位的實驗驗證軟件系統(tǒng),并進行了模擬仿真以及實際測試,對比了仿真與實測結(jié)果,結(jié)果表明本文所采用的方法能夠?qū)h場聲源目標進行定位,定位精度達到預期目標,且算法實現(xiàn)簡單,運算量小。定位中發(fā)現(xiàn)可以通過拋物線擬合、插值法升采樣率、溫度補償法和增加麥克風陣元數(shù)量來提高定位的精度,在此基礎(chǔ)上對聲源定位系統(tǒng)的誤差進行了分析。
[Abstract]:With the development of signal processing technology, sound source location based on microphone array has become a hotspot in this field. It has wide application prospect and important application value in military, traffic, intelligent robot and so on. In this paper, a signal acquisition experiment platform based on microphone array is designed. The hardware platform is composed of a microphone array NI-9234 data acquisition card and a computer. The sound signal from the sound source target is converted from microphone to voltage signal. The data acquisition card converts the collected analog signal into digital signal and transmits it to the computer through the network port in order to study and process it. On the basis of building a signal acquisition platform, the sound source location technology based on microphone array is deeply studied. Firstly, the traditional method of using microphone array to determine sound source location is compared and analyzed. The method of acoustic source location based on time delay estimation is determined. Secondly, the acquired sound signal is preprocessed by filtering, windowing and endpoint detection, so that it can meet the requirements of the time delay estimation algorithm. Then the method of time delay estimation is studied systematically. By analyzing and comparing several time delay estimation algorithms and weighting functions, it is found that the peak value of phase transform (PHAT) weighted generalized cross-correlation time delay estimation algorithm is more obvious than other ordinary algorithms. The ability of anti-noise is stronger, and the PHAT weighting function is improved to be more suitable for the external environment studied in this paper and the single sound source. Finally, the algorithm of TDOA is studied, and the situation of TDOA in 2D plane and 3D space is analyzed and simulated to determine the feasibility of the method. On the basis of theoretical research, an experimental verification software system for target location of sound source is developed, and the simulation and actual test are carried out, and the results of simulation and measurement are compared. The results show that the method proposed in this paper can locate the far-field sound source target and achieve the desired accuracy. The algorithm is simple and the computation is small. It is found that the positioning accuracy can be improved by parabola fitting interpolation method increasing sampling rate temperature compensation method and increasing the number of microphone array elements. On this basis the error of sound source positioning system is analyzed.
【學位授予單位】：沈陽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN912.3

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本文編號：2250676