基于麦克风阵列的声源定位问题研究

来源 :沈阳工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhp2007
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基于麦克风阵列的声源定位技术是指用多个麦克风在不同位置点对声信号进行采集,再利用算法对采集到的声信号进行处理,由此获得声源点相对于麦克风参考点的方位角、俯仰角和距离等信息。麦克风阵列对声源信号的接收效果与其结构有直接的关系,其定位效果由于麦克风阵列结构的不同也会有一定的差异。而在实际环境及应用中,声源大多数是相干的信号源,对于相干信号源的声源定位是阵列信号处理中的一个研究热点,大多数解相干算法都是针对均匀线性阵列结构的处理,对于非线性阵列结构的研究还比较少。本文围绕以上两种声源定位问题做了相关的研究,主要研究内容如下:(1)研究了阵列信号处理的基础理论,建立了麦克风阵列接收声信号的数学模型,推导出三种麦克风阵列的阵列流形,分别为均匀线性阵列流形,均匀圆形阵列流形和对数螺旋阵列流形。(2)将三种麦克风阵列结构采用MUSIC算法进行声源定位研究,对比MUSIC算法在不同阵列结构上的性能。经过仿真研究得出,均匀线阵只能准确定位信号方位角,均匀圆形阵列和对数螺旋阵列能够准确定位出声源方位角和俯仰角,但对数螺旋阵列成像图中旁瓣较均匀圆形阵列少,谱峰成像更平滑。(3)对相干信号源研究时,首先研究了基于均匀线性阵列结构的三种解相干算法:前向空间平滑算法,后向空间平滑算法和修正MUSIC算法。仿真研究表明,修正MUSIC算法优于其他两种解相干算法。针对于对数螺旋阵列不能使用传统解相干算法的问题,本文提出一种VA-MMUSIC算法,将对数螺旋阵列接收的数据协方差矩阵虚拟成线性阵列的协方差矩阵,再利用修正MUSIC算法的思想对相干信号源进行声源定位。仿真研究表明,该算法可以实现对数螺旋阵列对相干信号源的声源定位。但该算法需要谱峰搜索,算法耗时较长,又提出了VA-MESPRIT算法,此算法耗时明显降低,但误差稍大于VA-MMUSIC算法。(4)搭建了硬件实验平台,采用MATLAB编写算法程序,使用对数螺旋阵列对单信号源进行声源定位时,实验结果表明对数螺旋阵列对单声源能够精确定位并且旁峰较少。并对两种基于对数螺旋阵列的解相干算法进行了验证,实验结果表明VAMMUSIC算法比VA-MESPRIT算法误差更小,但该算法计算耗时长。
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