声源定位系统在我们的世界中应用的非常广泛。首先,我们的日常生活与声源定位息息相关,比如我们常用的微信语音对话功能,就是通过移动设备的麦克风接收人的声音信号后再进行处理,使得人们可以远距离通话;现在大公司里常见的视频会议系统也是通过麦克风接收了与会者们的声音,帮助他们进行远距离交流。此外它可以用在军事上来确定打击目标。例如,我们的潜艇在水下正是通过声波来得知前方的行进信息的,我们的雷达需要扫描空间中的目标以确定打击对象,新型的声波武器甚至能够通过声波的反射来绕开障碍物对敌方目标进行准确打击。此外,今天智能化的发展也日新月异,未来人工智能化将成为社会的主流。智能化中非常重要的一点就是人机语音交互,这需要机器能够良好地定位来自于人类的声音从而做出精确的反应,这也是声源定位技术的应用。
声源定位实际上是从人类的听觉系统引申而来的。众所周知,人类可以通过双耳来接收信号,再让大脑对信号进行处理。声源定位技术也类似,它通过麦克风阵列来接收信号,再对信号进行处理、计算以得到声源的位置。这种技术在当今世界应用非常广泛,例如,助听器可以采用高性能的麦克风阵列来接收信号,经过精密处理后将声音信号传给人脑,很大程度上代替了人耳的作用,帮助听力有障碍的人士正常的生活;车载通话系统可以将麦克风阵列接收到的信号抑制无关噪声,从而提供清晰的对话环境,避免了手持电话在行车时的使用。
综上所述,基于麦克风阵列的声源信号定位技术的重要性日益凸显,不管是我们的日常生活中的小细节还是国防工程中的大方向,都有着这种定位技术的身影,所以它值得我们的深入研究。
1。2 当前发展现状
1。3 本文研究内容和章节安排
本文首先对当前常用的声源定位方法做了简单的阐述,然后研究了基于相位变换加权的可控功率响应定位技术(SRP-PHAT),并阐述了这一算法的推演过程,最后在MATLAB仿真环境下分析其定位性能。本文共四章,各章内容如下:
第一章:简单介绍了研究背景和意义以及本课题的主流发展方向;
第二章:介绍了常用的基于麦克风阵列的声源定位技术,包括它们的原理以及各自的特点;
第三章:介绍了基于最大可控响应功率的定位方法,着重阐述了基于相位变换的可控响应功率定位法的原理,并对其定位性能进行了理论分析;
第四章:利用MATLAB对基于相位变换的可控响应功率定位方法进行仿真,根据仿真结果分析其在混响条件下的性能。
2 常用麦克风阵列声源定位方法
当前,基于麦克风阵列的声源定位方法一般分为三种,它们的名称及原理如下:文献综述
(1)基于时延估计的声源定位方法:这种方法是要求通过计算麦克风阵列接收信号的时延来求得各麦克风与声源的距离差别,在此基础上定位目标声音。
(2)基于高分辨率谱估计的定位方法:该方法是在利用接收器的矩阵的基础上来最终确定声源位置的。
(3)基于最大可控响应功率的波束形成法:这种方法将波束形成的麦克风阵列与最大可控响应功率相对应,在空间中找到一点使得该功率达到最大值时,则该点即对应声源位置。
2。1 时延估计定位法
时延估计定位法通过计算麦克风阵列接收信号的时延来求得各麦克风与声源的距离差别,在此基础上定位声源。这种方法常运用在导航系统上。