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对麦克风的原理研究毕业论文 目 录 摘 要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1 课题的研究背景和意义 1 1.2 课题的研究现状 2 1.2.1 基于麦克风阵列的声源定位方法 2 1.2.2 基于麦克风阵列声源定位系统的应用 5 1.3 论文主要研究内容 6 1.4 论文结构安排 7 第2章 时间延迟估计原理与方法 8 2.1 时间延迟估计的原理 8 2.1.1 时间延迟估计的基本问题 8 2.1.2 时间延迟估计的基本模型 9 2.2 时间延迟估计的方法 11 2.2.1 基本相关法 11 2.2.2 广义互相关法 12 2.2.3 互功率谱相位法 14 2.2.4 自适应法 16 2.2.5 高阶累积量法 19 2.2.6 各种时延估计方法的分类与性能分析 22 2.3 模拟仿真 23 2.4 本章小结 27 第3章 基于时间延迟的定位方法 28 3.1 麦克风阵列信号模型 28 3.1.1 窄带阵列信号处理模型 28 3.1.2 麦克风阵列近场信号模型 30 3.1.3 麦克风阵列远场信号模型 32 3.1.4 信号模型的主要差异及应用场合 33 3.2 麦克风阵列的拓扑结构 34 3.2.1 麦克风阵元间距 34 3.2.2 麦克风阵元个数 34 3.2.3 麦克风种类 35 3.2.4 麦克风阵列结构选择 35 3.2.5 麦克风阵列结构性能评价 37 3.3 基于时间延迟的定位方法 37 3.3.1 角度距离定位法 37 3.3.2 球形插值法 38 3.3.3 线性插值法 40 3.4 声源方向角估计的模拟仿真 41 3.4.1 仿真条件与结果 41 3.4.2 算法改进 43 3.5 本章小结 45 第4章 近场声源定位实验 46 4.1 声源定位系统硬件结构设计 46 4.2 声源定位系统实现原理 47 4.3 各硬件单元介绍 47 4.3.1 声源及其特性 47 4.3.2 麦克风及其工作原理 48 4.3.3 前置放大电路 51 4.3.4 EasyARM2119实验板简介 52 4.4 声源定位系统软件结构 53 4.4.1 实验运行步骤 53 4.4.2 A/D转换器描述及其子程序设计 54 4.4.3 串口通讯UART描述及其子程序设计 57 4.4.4 时间延迟估计子程序设计 59 4.4.5 声源方向角定位子程序设计 60 4.4.6 上位机界面软件 61 4.5 声源定位实验与结果 62 4.5.1 声源定位系统实验装置 62 4.5.2 实验数据采集 62 4.5.3 各路信号时间延迟估计 63 4.5.4 单次声源方向角估计 63 4.5.5 多次声源方向角测量 64 4.6 本章小结 67 第5章 声源定位在机械故障检测中的应用 68 5.1 问题的提出 68 5.2 脉冲声源定位方法 69 5.3 本章小结 73 结论 74 参考文献 76 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 81 致谢 82 作者简介 83 第1章 绪论 1.1 课题的研究背景和意义 20世纪80年代以来，传声器阵列信号处理技术得到迅猛的发展，并在雷达、声纳及通信中得到广泛的应用。这种阵列信号处理的思想后来应用到语音信号处理中。在1985年Flanagan将麦克风阵列引入到大型会议的语音增强应用中，并开发出多种实际产品。之后，Silverman和Brand stein将其应用于语音识别和声源定位中。进入90年代以来，基于麦克风阵列的语音处理算法正逐渐成为一个新的研究热点[1]。现有的麦克风阵列系统已经有了很多的应用，这些应用包括语音识别[2]、强噪声环境下的语音获取、大型场所的会议记录[3,4]、声音检测和助听装置[5]等。特别是将麦克风阵列应用在视频会议中，用于确定和实时跟踪说话人的位置[6,7]。 基于麦克风阵列的声源定位处理与传统的阵列信号处理相比，主要存在如下问题[8]： (1)传统的阵列信号处理处理的信号一般是有一个调制载波的窄带信号，如通信信号和雷达信号等，此时阵列接收信号的相位差由载波中心频率和阵列结构决定。而麦克风阵列处理中，接收信号是没有经过调制的基带信号，阵列接收信号的相位差由信号源的特性和阵列结构决定。麦克风阵列接收的信号频率常常在100～4000Hz之间，中心频率随声源的变化而变化。因此麦克风阵列处理时一个复杂的宽带系统。 (2)传统的阵列处理一般采用远场模型，而麦克风阵列处理要根据不同的情况选择远场模型还是使用近场模型；近场模型和远场模型最主要的区别在于是否考虑麦克风阵列各阵元接收信号的幅度差别。 (3)传统的阵列处理技术一般处理的信号