麦克风阵列声源定位的加速计算与分布式互校准技术研究

发布时间：2020-07-14 04:28

【摘要】：麦克风阵列可以有效地用于获得声场环境的空间结构信息,传统单阵列技术应用于高精度声学分析时存在一定的性能瓶颈。近年来的研究焦点逐渐转移到分布式阵列系统,以便开展高精确声学分析以及大空间声场的探测。本文主要研究阵列计算的加速方法和分布式阵列的校准问题。首先,综合论述了麦克风阵列的基础技术,包括单阵列与分布式阵列的结构特点以及声场时延模型,分析了基于波束形成的声源定位方法,并结合声学相机映射模型讨论了分布式阵列校准的一般方法。其次,针对单阵列系统的计算加速问题,设计开发了基于声源定位的系统原型,分析了系统的计算热点。针对阵元个数较大的重负荷问题,提出了高效阵元配对与多线程加速计算的优化方法。实测结果表明,综合优化的单阵列系统其计算负荷精减了一半。再次,针对分布式阵列的校准问题,运用了计算机视觉处理技术、对极几何的图像映射模型以及计算求解的归一化八点算法,进一步分析建立了互校准模型,并通过仿真验证了模型与算法的有效性。最后,针对阵列内部的自校准偏差问题,提出了基于互相关函数法的波束形成法以及基于角度的图像映射方法,通过仿真分析了所提方法的阵元位置容差性能。结果表明,相比于已有方案,所提方法的容差能力提升了一倍,提高了阵列校准的鲁棒性。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN641;TN912.3
【图文】：

硕士研究生学位论文 第二章 麦克风阵列的阵列结构概述的声学分析场景中，单阵列系统的分析结果精确性除了受到所使用的声外，还会受到其阵列拓扑的影响。一般根据不同的声学分析业务需求场扑，首先根据空间维度划分为一维、二维及三维阵列拓扑，然后再根据的拓扑形状，最后它们都会受到空间采样定理的约束与限制。麦克风阵列列的拓扑为直线型，即所有麦克风沿着一维坐标轴以直线排列，通常来均匀的，并以线型中心作为阵列中心。直线型阵列结构简单且易于分析域中所有声学分析技术的实验型阵列，同时也是后续构建多维复杂型阵XY

京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 麦克风阵列的技术综2.2 二维麦克风阵列二维阵列即平面型阵列，其中所有的麦克风都分布在同一平面上，常见的拓扑有圆型型与十字型。二维阵列相对于一维阵列可以多获取一个空间维度的信息，而相对于三维在拥有着同样功能的同时其空间占用更小，因此二维阵列是实际声学分析场景里面最为的拓扑。XY

图 2.5 远场声场中的声波到达模型 为某阵列的中心参考点， 和 为该阵列中的声源。假设该潜在声源 与该阵列之间相距比较远潜在声源 发出的声波满足平面波传播模型。从图克风对 和 的传播路径之间是相互平行的线相互平行，即潜在声源 相对于麦克风对 克风对 和 所处的位置分别为 和 ，则潜 和阵列中心  的路径之差即为向量 在向量 的路径之差即为向量 在向量 上的投影 ，在抵达麦克风对 和 的时间延时 为 =

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