基于传声器阵列的声源定位技术研究

基于传声器阵列的声源定位技术研究

摘 要

声源定位技术是利用传声器拾取语音信号，并用数字信号处理技术对其进行分析和处理，继而确定和跟踪声源的空间位置。

传统的单个传声器的拾音范围很有限，拾取信号的质量不高，继而提出了用传声器阵列进行语音处理的方法。传声器阵列具有去噪、声源定位和跟踪等功能，从而大大提高语音信号处理质量。

本文讨论了基于传声器阵列的声源定位系统所面临的问题，总结归纳并比较了各种基于传声器阵列的声源定位方法的优缺点。重点分析了基于时延估计的声源定位方法，其中还介绍了角度距离定位法和球形插值法。开发了一种基于研华PCL-818HG数据采集卡的声源定位系统，结合改进的互功率谱相位时延估计算法，利用角度距离定位算法，进行了系统的声源定位实验，给出了实验结果，并提出了改进方案。实验证明所设计的声源定位系统实际可用，并可以为进一步的声源定位技术研究提供硬件平台支持。

关键词：传声器阵列，声源定位，时延估计，互功率谱相位，PCL-818HG，

数据采集

目   录

1  引言 1

1.1  应用背景 1

1.2 研究现状 2

1.3 基于传声器阵列的声源定位系统的模型与难点 3

1.4 本论文的主要工作和内容安排 4

2  几种定位方法的介绍 6

2.1 声音信号分析 6

2.1.1 声音信号的时域和频域分析 6

2.1.2 声音的采样频率 6

2.2 声源定位原理 7

2.2.1 仿人双耳的声源定位原理 7

2.2.2 基于到达时间差的声源定位原理 7

2.3 声源定位方法的分类和比较 8

2.3.1 基于最大输出功率的可控波束形成定位方法 8

2.3.2 基于高分辨率谱估计技术的定位方法 9

2.3.3 基于时延估计的定位方法 9

2.3.4 定位方法比较 9

2.4 基于时延估计的声源定位方法 10

3  基于时延的方位估计 12

3.1 传声器和声源的几何模型 12

3.2 角度距离定位法 13

3.3 球形插值法 15

3.3.1 球形插值法原理 15

3.3.2 简便计算方法 16

4  声源定位系统设计 18

4.1 声源定位系统的结构 18

4.1.1 硬件结构 18

4.1.2 软件结构 18

4.2 实验系统硬件设计 19

4.2.1 研华PCL-818HG 数据采集卡介绍 19

4.2.2 传声器种类与选择 21

4.3 实验系统软件设计 21

4.3.1 数据采集程序 22

4.3.2 信号滤波和声源定位程序 22

5  声源定位实验 27

5.1 实验环境 27

5.2 实验原理 27

5.3 实验结果 27

5.4 误差分析 29

5.4.1 系统硬件性能引起的误差 29

5.4.2 实验条件引起的误差 31

5.4.3 其他因素引起的误差 31

5.5 实验系统的改进 31

5.6 结论 32

6  总结和展望 33

6.1 全文总结 33

6.2 本文的不足之处及后续工作展望 33

参 考 文 献 35

致  谢 36