声源定位设计报告.doc

现代检测技术设计报告 课题名称：基于MATLAB的声源定位系统 专业：自动化 班级：组员：张凯 韩述 李晶 黄欣 刘佳雯 指导教师：徐天奇 2012年6月 摘要 确定一个声源在空间中的位置是一项有广阔应用前景的有趣研究，将来可以广泛的应用于社会生产、生活的各个方面。 声源定位是通过测量物体发出的声音对物体定位，与使用声纳、雷达、无线通讯的定位方法不同，前者信源是普通的声音，是宽带信号，而后者信源是窄带信号。根据声音信号特点，人们提出了不同的声源定位算法，但由于信号质量、噪声和混响的存在，使得现有声源定位算法的定位精度较低。此外，已有的声源定位方法的运算量较大，难以实时处理。 关键词：传声器阵列；声源定位；Matlab 目录 第一章 绪论……………………………………………………………………………1 第二章 声源定位系统的结构…………………………………………………………2 第三章 基于到达时间差的声源定位原理……………………………………………3 第四章 串口通信………………………………………………………………………5 第五章 实验电路图设计………………………………………………………………8 第六章 总结……………………………………………………………………………16 第七章 参考文献………………………………………………………………………17 第一章 绪论 1.1基于传声器阵列的定位方法简述 在无噪声、无混响的情况下，距离声源很近的高性能、高方向性的单传声器可以获得高质量的声源信号。但是，这要求声源和传声器之间的位置相对固定，如果声源位置改变，就必须人为地移动传声器。若声源在传声器的选择方向之外，则会引入大量的噪声，导致拾取信号的质量下降。而且，当传声器距离声源很远，或者存在一定程度的混响及干扰的情况下，也会使拾取信号的质量严重下降。为了解决单传声器系统的这些局限性，人们提出了用传声器阵列进行声音处理的方法。 传声器阵列是指由一定的几何结构排列而成的若干个传声器组成的阵列。相对于单个传声器而言具有更多优势，它能以电子瞄准的方式从所需要的声源方向提供高质量的声音信号，同时抑制其他的声音和环境噪声，具有很强的空间选择性，无须移动传声器就可对声源信号自动监测、定位和跟踪，如果算法设计精简得当，则系统可实现高速的实时跟踪定位。 传声器阵列的声音信号处理与传统的阵列信号处理主要有以下几种不同： （1）传统的阵列信号处理技术处理的信号一般为平稳或准平稳信号，相关函数可以通过时间相关来准确获得，而传声器阵列要处理的信号通常为短时平稳的声音信号，用时间平均来求得准确的相关函数比较困难。 （2）传统的阵列信号处理一般采用远场模型，而传声器阵列信号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传声器阵列各阵元因接收信号幅度衰减的不同所带来的影响，对于远场模型，信源到各阵元的距离差与整个传播距离相比非常小，可忽略不计，对于近场模型，信源到各阵元的距离差与整个传播距离相比较大，必须考虑各阵元接收信号的幅度差。 （3）在传统的阵列信号处理中，噪声一般为高斯噪声(包括白、色噪声)，与信源无关，在传声器阵列信号处理中噪声既有高斯噪声，也有非高斯噪声，这些噪声可能和信源无关，也可能相关。 由于上述阵列信号处理间的区别，给传声器阵列信号处理带来了极大的挑战。声波在传播过程中要发生幅度衰减，其幅度衰减因子与传播距离成正比，信源到传声器阵列各阵元的距离是不同的，因此声波波前到达各阵元时，幅度也是不同的。 另外，当声音信号在传播时，由于反射、衍射等原因，使到达传声器的声音信号的路径除了直达路径外还存在着多条其它路径，从而产生接收信号的幅度衰减、音质变差等不利影响，这种现象称为混响（Reverberation)。混响效应的存在产生了很多不利影响，如所获取的声音质量下降、声源定位的精度严重降低等。 1．2 MATLAB 软件的介绍MATLAB 是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，它的基本数据单位是矩阵，用 MATLAB 解算问题要比用其他语言完成相同的事情简捷得多， MATLAB 的应用范围非常广， 包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物 学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环 境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。 本设计是关于平面声源定位的方针与建模，根据实验要求，我们使用了 MATLAB 软件， 在这次设计中我们通过 Neural Network Toolbox（神经网络工具箱）来解决声源定位建模 与仿真的实验，计算声源的距离和角度。C =331.45