基于声学脉冲响应的麦克风阵列室内几何重构关键技术研究
发布时间：2021-07-27 11:03
基于多种传感器的室内定位技术已发展成熟,为室内位置服务提供用户位置信息。这些应用的发展建立在室内地图已知的基础上,对于室内几何结构未知的情况,可以通过基于声学脉冲响应（Acoustic Impulse Responses,AIRs）的麦克风阵列室内几何重构技术得到室内地图。针对室内环境下噪声及混响干扰造成AIRs的波达时间（Time of Arrival,TOA）模糊,导致现有麦克风阵列室内几何重构技术存在的测量繁琐、高计算复杂度等缺点,本文提出一种基于椭圆约束模型完成反射面估计的室内几何重构技术。该技术基于到达时间差（Time Difference of Arrival,TDOA）迭代估计声源位置并计算准确的各阶反射TOAs;随后基于声收发设备与一阶反射TOA关于反射面的椭圆约束关系,结合可信度判断与改进霍夫变换算法,筛选可信低阶TOAs以实现室内反射面的二维位置估计。论文完成的工作包括:（1）针对混响环境下难以从AIRs中检测提取多径TOAs的问题,使用具有一定抗干扰能力的指数正弦扫频信号（Exponentially-swept Sine Signal,ESS）,使用包络减去拟合曲...
【文章来源】：桂林电子科技大学广西壮族自治区
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一阶多径反射示意图§2.2.2TOA′s
一体的设备，则只能依靠收发设备自身携带的其它传感器进行位姿估计，或者前后状态下与反射面的几何约束关系，来实现自身的位置跟踪与反射面估计。如图2-4（a）所示，一个搭载声收发一体设备的机器人从前一状态rn-1 移动了vn步态到达rn。根据镜像源模型，其关于4个反射面的一阶镜像声源必与vn 存在等腰梯形的几何约束关系，反射面为该等腰梯形的中垂线。因此，根据图2-4（a）描述的等腰梯形几何约束，可以找到机器人前后步态rn-1 和rn 时AIRs中与对应的反射面相匹配的一阶反射时间tn-1,i 和tn,i 的组合 ，完成AIRs中关于同一反射面的一阶反射TOA挑选。上步可确定各步态到各墙体的距离，但仅仅一步移动时可能存在两个候选的反射面估计。如图2-4（b）所示，在两步移动情况下能够确定唯一的反射面位置，因此两步移动测量即可确定一个反射面位置。对于整个房间的几何重构通常需要多步测量
分步完成的室内几何重构技术常需要常分为声源定位与反射面估计两步。通常根据采用的收发设备、测量方式、测量数值，组合不同的声源定位和反射面估计方法，完成室内几何重构。对于不同的收发设备的常用声源定位算法见图2-5。基于一阶镜像源模型的反射面估计方法见图2-7。图2-5基于不同收发设备的源定位方法一、声源定位常用技术图2-6列出了三种常见的声源定位算法的示意图，其中使用最为广泛的是TOA发和TDOA法。对于已知麦克风位置的( ), , 1, 2, 3Tx y ii iir =三点，测得其到声源距离分别为d1、d2、d3。（1）TOA法TOA法要求收发之间必须同步，才能得到关于直达路径的正确时延。声源到三个受声点的距离可表示为：( ) ( )( ) ( )( ) ( )2 221 1 12 222 2 32 223 3 3s ss ss sx x y y dx x y y dx x y y d + = + = + = （2-9）形成如图2-6（b）所示的圆形约束，解得声源坐标(xs,ys)为:
【参考文献】：
期刊论文
[1]SLAM室内三维重建技术综述[J]. 危双丰,刘振彬,赵江洪,庞帆. 测绘科学. 2018(07)
[2]基于TDOA定位的阵列布放结构研究[J]. 金博楠,徐晓苏,张涛,李瑶. 导航定位与授时. 2017(06)
[3]麦克风阵列声源定位算法研究综述[J]. 石婷. 科技视界. 2016(27)
[4]测距式传感器同时定位与地图创建综述[J]. 刘建华,刘华平,杨建国,高蒙,孙富春. 智能系统学报. 2015(05)
[5]室内定位技术及应用综述[J]. 赵锐,钟榜,朱祖礼,马乐,姚金飞. 电子科技. 2014(03)
[6]室内声场的分析方法[J]. 齐娜,孟子厚. 演艺科技. 2012(11)
[7]基于多传感器融合的移动机器人SLAM[J]. 李金良,孙友霞,谷明霞,姜雪. 中国科技论文. 2012(04)
[8]一种基于粒子滤波的鲁棒声源跟踪算法[J]. 蔡卫平,吴镇扬. 电子测量与仪器学报. 2010(05)
[9]整体最小二乘法直线拟合[J]. 丁克良,沈云中,欧吉坤. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2010(01)
[10]时延估计方法的分析[J]. 行鸿彦,唐娟. 声学技术. 2008(01)
博士论文
[1]运用m序列测量房间脉冲响应的技术研究[D]. 杨春花.天津大学 2007
本文编号：3305657
【文章来源】：桂林电子科技大学广西壮族自治区
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一阶多径反射示意图§2.2.2TOA′s
一体的设备，则只能依靠收发设备自身携带的其它传感器进行位姿估计，或者前后状态下与反射面的几何约束关系，来实现自身的位置跟踪与反射面估计。如图2-4（a）所示，一个搭载声收发一体设备的机器人从前一状态rn-1 移动了vn步态到达rn。根据镜像源模型，其关于4个反射面的一阶镜像声源必与vn 存在等腰梯形的几何约束关系，反射面为该等腰梯形的中垂线。因此，根据图2-4（a）描述的等腰梯形几何约束，可以找到机器人前后步态rn-1 和rn 时AIRs中与对应的反射面相匹配的一阶反射时间tn-1,i 和tn,i 的组合 ，完成AIRs中关于同一反射面的一阶反射TOA挑选。上步可确定各步态到各墙体的距离，但仅仅一步移动时可能存在两个候选的反射面估计。如图2-4（b）所示，在两步移动情况下能够确定唯一的反射面位置，因此两步移动测量即可确定一个反射面位置。对于整个房间的几何重构通常需要多步测量
分步完成的室内几何重构技术常需要常分为声源定位与反射面估计两步。通常根据采用的收发设备、测量方式、测量数值，组合不同的声源定位和反射面估计方法，完成室内几何重构。对于不同的收发设备的常用声源定位算法见图2-5。基于一阶镜像源模型的反射面估计方法见图2-7。图2-5基于不同收发设备的源定位方法一、声源定位常用技术图2-6列出了三种常见的声源定位算法的示意图，其中使用最为广泛的是TOA发和TDOA法。对于已知麦克风位置的( ), , 1, 2, 3Tx y ii iir =三点，测得其到声源距离分别为d1、d2、d3。（1）TOA法TOA法要求收发之间必须同步，才能得到关于直达路径的正确时延。声源到三个受声点的距离可表示为：( ) ( )( ) ( )( ) ( )2 221 1 12 222 2 32 223 3 3s ss ss sx x y y dx x y y dx x y y d + = + = + = （2-9）形成如图2-6（b）所示的圆形约束，解得声源坐标(xs,ys)为:
【参考文献】：
期刊论文
[1]SLAM室内三维重建技术综述[J]. 危双丰,刘振彬,赵江洪,庞帆. 测绘科学. 2018(07)
[2]基于TDOA定位的阵列布放结构研究[J]. 金博楠,徐晓苏,张涛,李瑶. 导航定位与授时. 2017(06)
[3]麦克风阵列声源定位算法研究综述[J]. 石婷. 科技视界. 2016(27)
[4]测距式传感器同时定位与地图创建综述[J]. 刘建华,刘华平,杨建国,高蒙,孙富春. 智能系统学报. 2015(05)
[5]室内定位技术及应用综述[J]. 赵锐,钟榜,朱祖礼,马乐,姚金飞. 电子科技. 2014(03)
[6]室内声场的分析方法[J]. 齐娜,孟子厚. 演艺科技. 2012(11)
[7]基于多传感器融合的移动机器人SLAM[J]. 李金良,孙友霞,谷明霞,姜雪. 中国科技论文. 2012(04)
[8]一种基于粒子滤波的鲁棒声源跟踪算法[J]. 蔡卫平,吴镇扬. 电子测量与仪器学报. 2010(05)
[9]整体最小二乘法直线拟合[J]. 丁克良,沈云中,欧吉坤. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2010(01)
[10]时延估计方法的分析[J]. 行鸿彦,唐娟. 声学技术. 2008(01)
博士论文
[1]运用m序列测量房间脉冲响应的技术研究[D]. 杨春花.天津大学 2007
本文编号：3305657
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