基于高精度GNSS的声源定位系统的研究与设计
发布时间：2020-05-13 04:42
【摘要】：无源定位技术,因其在战场上的重要作用,受到世界各国的重视。声源定位技术为无源定位技术的一种,利用目标发出的声音进行定位与跟踪。目前的声源定位多应用于近距离定位场景,定位坐标为基于固定麦克风阵列的相对坐标,在使用过程中受到一定的限制。针对这一问题,本论文设计了一种用高精度GNSS测定麦克风阵列坐标来辅助定位的声源定位方法,并进行了系统原型机的设计与实现。实验结果表明,该系统不仅可以用于军事用途,也可用于民用安防、交通监测、定位搜寻等领域。本论文将声源定位技术和卫星定位技术结合起来,利用高精度的GNSS定位系统对拾音麦克风进行定位,得到其精确的经纬度坐标。当麦克风采集到4路以上的声音信号,利用TDOA算法计算出声音时延。综合利用MIC坐标与时延估算,即可定位出目标声源相对于麦克阵列的位置,并通过坐标转换得到其经纬度和高度。本论文首先对卫星定位技术和TDOA声源技术的原理进行了分析与研究,确定了系统的总体设计方案。对TDOA算法进行了误差分析及Matlab仿真,并针对远距离的TDOA声源定位提出了一种改进的两步GCC时延计算方法。利用声音信号的包络,用低采样率进行初步时延计算,根据计算结果在时域上进行校对后,再进行原采样频率的时延计算。通过两步计算来减少FFT点数以降低算法的运算量。在Matlab下对两步GCC算法进行了功能仿真,并分析了该算法的时间复杂度,噪声敏感度。其次,论文对系统原型机进行了硬件电路设计。整机系统包括声音采集与卫星定位模块、存储模块、系统控制与算法计算模块和显示模块。其中卫星定位单元采用和芯星通研发的高精度三系统七频段定位板卡UB380,自行设计板卡底板实现供电、通信与控制,控制单元选用STM32F103VET6作为主控芯片。本论文设计并制作了各个模块的电路板。最后,将各个模块整机集成到一起组成一款基于高精度GNSS的声源定位系统原型机。论文也对整机系统的软件进行了流程介绍,并对原型机系统进行功能测试与性能分析。经测试该系统可以在百米范围内实现声源定位,达到10m以内的定位精度。
【图文】：
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本文编号：2661409
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