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基于声波检测的特殊点声源定位算法

作　者: 涂维纳
导　师: 俞军
学　校: 南京理工大学
专　业: 计算数学
关键词: 声源定位时延估计方位估计 LMS GCC 麦克风阵列
分类号: O421
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

声源定位技术是一项涉及到声学、数字信号处理、智能优化算法等诸多技术领域的新型技术课题,在视频会议、目标定位等方面有着重要的应用价值。尤其在反狙击活动中,有效的定位出枪声源的三维位置对及时控制局面和保障生命安全具有重要意义。本课题是南京某通讯科技有限公司委托研究项目的子课题,是以声源定位技术中信号采集、检测和识别过程为基础的,旨在建立一个简单易携带的麦克风阵列模型,并在此模型上建立声源定位算法,能通过该算法对前期已检测和识别的枪声源信号进行准确的定位。本文着眼于枪声源定位这一课题进行研究,通过对关于声源定位技术的学习,并结合枪声源声音信号的特点,择优选择了声达时间差定位算法。在时延估计方面,本文详细介绍最小均方(Least Mean Square, LMS)自适应时延估计算法和广义互相关(Generalized Cross Correlation, GCC)时延估计算法,并通过对两种算法的数值模拟,选择了计算量小和精度高的GCC时延估计算法。为有效的综合各权函数下的时延估计值,本文提出了基于最小方差无偏估计(MVUE,Minimum-variance Unbiased Estimator)的广义互相关函数(GCC)时延估计算法,仿真结果表明,这种方法的估计精度明显提高。在方位估计方面,本文建立了一个有别于传统的三站式的麦克风阵列模型,并在其基础上建立了方位估计算法。通过数值实验分析,该算法定位精度高并适用于远场环境。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
1 绪论  9-13
  1.1 课题研究背景及意义  9
  1.2 国内外研究状况  9-12
  1.3 研究目标及内容  12-13
2 基本概念与原理  13-19
  2.1 枪声波模型  13-17
    2.1.1 膛口激波  13-14
    2.1.2 冲击波  14-16
    2.1.3 冲击波与膛口激波的处理分析  16-17
  2.2 基于麦克风阵列的声源定位技术  17-18
  2.3 本章小结  18-19
3 时延估计算法研究  19-34
  3.1 时延估计的物理意义  19-21
  3.2 两种时延估计算法  21-25
    3.2.1 最小均方(LMS)自适应时延估计算法  21-23
    3.2.2 广义互相关(GCC)时延估计算法  23-25
  3.3 LMS算法与GCC算法的数值模拟与比较  25-31
    3.3.1 LMS算法数值模拟  25-27
    3.3.2 对GCC算法的数值模拟  27-29
    3.3.3 GCC算法和LMS算法比较  29-31
  3.4 改进后的GCC算法  31-32
  3.5 本章小结  32-34
4 方位估计算法研究  34-44
  4.1 传统方位估计算法分析  34
  4.2 四元麦克风阵列及其方位估计算法  34-38
    4.2.1 麦克风阵列选择  34-35
    4.2.2 方位估计算法推导  35-36
    4.2.3 定位结果分析比较  36-37
    4.2.4 算法检验  37-38
  4.3 改进的方位估计算法  38-43
    4.3.1 改进的四元十字麦克风阵列和方位估计算法  38-40
    4.3.2 算法检验  40-43
  4.4 本章小结  43-44
5 声源定位算法与实现  44-49
  5.1 算法流程  44-46
    5.1.1 算法的初始条件  44
    5.1.2 时延估计算法  44-45
    5.1.3 基于时延的方位估计算法  45-46
  5.2 算法仿真  46-48
  5.3 本章小结  48-49
6 总结和展望  49-50
致谢  50-51
参考文献  51-53

基于声波检测的特殊点声源定位算法

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