基于TDOA的声源定位算法研究与实现
发布时间：2022-12-18 09:53
声源定位技术是近年来的热门课题,受到国内外很多专家学者的重视。声源定位的原理是从接收到的声源信息中提取相关特征参数（如到达时间差,到达入射角,到达信号强度等）,用以解算出声源点的位置坐标。随着麦克风阵列处理技术、微电子技术、计算机技术等相关技术的发展,人们对声源定位技术产生了越来越多的应用需求。声源定位技术的应用早已不仅限于军事领域,更是被广泛应用于交通监测、工业故障检测、安防监控等多种领域。本文的研究重点就是基于到达时间差（Time Difference of Arrival,TDOA）的声源定位算法研究与实现,包括算法研究与硬件系统实现两个部分。算法研究部分主要包含三个内容,一是对TDOA的基本原理以及两个步骤——时延估计与定位解算进行详细介绍。时延估计是从接收信号中得出声源到不同麦克风的时间延迟TDOA的算法,其主流思想是通过广义互相关运算（Generalized Cross-Correlation,GCC）计算时间延迟。定位解算是利用时间延迟与接收器位置解算出声源位置的算法,常用算法是牛顿迭代法;二是提出为了一种计算量小的两步时延估计算法。用较低的采样频率对接收信号的包络进行采...
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.2 国内外研究现状
1.3 声源定位算法分类
1.3.1 可控波束形成定位算法
1.3.2 基于高分辨率谱估计定位算法
1.3.3 基于TDOA的定位算法
1.4 论文的组织安排
第二章 基于TDOA的声源定位算法介绍
2.1 引言
2.2 TDOA的信号模型
2.2.1 无混响条件下的信号模型
2.2.2 混响条件下的信号模型
2.3 时延估计算法
2.3.1 广义互相关法
2.3.2 最小均方自适应滤波法
2.4 TDOA位置解算算法
2.4.1 牛顿迭代法
2.4.2 球面插值法
2.5 本章小结
第三章 基于改进两步GCC的时延估计算法
3.1 引言
3.2 改进两步GCC算法
3.2.1 算法步骤概述
3.2.2 粗略时延估计
3.2.3 精细时延估计
3.3 时延估计算法的时间复杂度
3.4 仿真与分析
3.5 本章小结
第四章 TDOA的误差分析与精度改进
4.1 引言
4.2 时延估计误差的来源与改进方法
4.2.1 噪声对时延估计结果的影响
4.2.2 混响对时延估计结果的影响
4.2.3 低采样频率对时延估计结果的影响
4.3 位置解算误差的来源与改进方法
4.3.1 时延估计误差对定位结果的影响
4.3.2 麦克风位置误差对定位结果的影响
4.3.3 麦克风阵列拓扑结构对定位结果的影响
4.4 本章小结
第五章 系统功能测试
5.1 系统工作流程
5.2 系统测试与分析
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 论文展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]LMS预处理的相位差机载单站无源定位方法[J]. 邢怀玺,吴华,陈游. 空军工程大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]基于STM32和FPGA的声源成像系统设计[J]. 岳蒂,栾峰,佘黎煌,丁山,张立立. 实验室研究与探索. 2018(07)
[3]视频会议系统的行业现状和发展趋势分析[J]. 李立华. 通讯世界. 2017(10)
[4]某SUV怠速车内异响分析[J]. 靳豹,贾艳宾. 噪声与振动控制. 2015(02)
[5]基于波束成形网阵的声源定位及影响因素探究[J]. 冯全明,陈智,李冬生. 预应力技术. 2015 (02)
[6]城市智能交通系统的发展现状与趋势[J]. 陆化普,李瑞敏. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2014(01)
[7]一种利用修正牛顿迭代的时差定位算法[J]. 朱国辉,冯大政,李进,周延. 西安电子科技大学学报. 2014(05)
[8]浅谈美军枪声定位系统装备建设与发展[J]. 苏凯军. 电脑开发与应用. 2013(08)
[9]基于传声器阵列的改进的PHAT-GCC语音定位算法[J]. 彭迎标,杨尊先,林志贤,郭太良. 电声技术. 2013(02)
[10]基于双测量面阵列的波束成形方法研究[J]. 李有哲,张永斌,毕传兴. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2012(08)
博士论文
[1]音视频联合说话人定位与跟踪方法研究[D]. 金乃高.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]基于改进的高斯牛顿迭代法的声源定位及建模仿真研究[D]. 田婧.吉林大学 2016
[2]蒙特卡洛方法及应用[D]. 朱陆陆.华中师范大学 2014
[3]基于STM32的麦克风阵列声源定位系统的研究[D]. 张芳.燕山大学 2014
[4]基于麦克风阵列的仿人智能机器人声源定位技术的研究[D]. 赵圣.哈尔滨工业大学 2013
[5]基于麦克风阵列的储罐机器人定位系统设计及算法研究[D]. 缪松华.上海交通大学 2012
[6]基于马赫波的狙击手定位算法研究及仿真[D]. 李鹏.北京交通大学 2011
本文编号：3721841
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.2 国内外研究现状
1.3 声源定位算法分类
1.3.1 可控波束形成定位算法
1.3.2 基于高分辨率谱估计定位算法
1.3.3 基于TDOA的定位算法
1.4 论文的组织安排
第二章 基于TDOA的声源定位算法介绍
2.1 引言
2.2 TDOA的信号模型
2.2.1 无混响条件下的信号模型
2.2.2 混响条件下的信号模型
2.3 时延估计算法
2.3.1 广义互相关法
2.3.2 最小均方自适应滤波法
2.4 TDOA位置解算算法
2.4.1 牛顿迭代法
2.4.2 球面插值法
2.5 本章小结
第三章 基于改进两步GCC的时延估计算法
3.1 引言
3.2 改进两步GCC算法
3.2.1 算法步骤概述
3.2.2 粗略时延估计
3.2.3 精细时延估计
3.3 时延估计算法的时间复杂度
3.4 仿真与分析
3.5 本章小结
第四章 TDOA的误差分析与精度改进
4.1 引言
4.2 时延估计误差的来源与改进方法
4.2.1 噪声对时延估计结果的影响
4.2.2 混响对时延估计结果的影响
4.2.3 低采样频率对时延估计结果的影响
4.3 位置解算误差的来源与改进方法
4.3.1 时延估计误差对定位结果的影响
4.3.2 麦克风位置误差对定位结果的影响
4.3.3 麦克风阵列拓扑结构对定位结果的影响
4.4 本章小结
第五章 系统功能测试
5.1 系统工作流程
5.2 系统测试与分析
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 论文展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]LMS预处理的相位差机载单站无源定位方法[J]. 邢怀玺,吴华,陈游. 空军工程大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]基于STM32和FPGA的声源成像系统设计[J]. 岳蒂,栾峰,佘黎煌,丁山,张立立. 实验室研究与探索. 2018(07)
[3]视频会议系统的行业现状和发展趋势分析[J]. 李立华. 通讯世界. 2017(10)
[4]某SUV怠速车内异响分析[J]. 靳豹,贾艳宾. 噪声与振动控制. 2015(02)
[5]基于波束成形网阵的声源定位及影响因素探究[J]. 冯全明,陈智,李冬生. 预应力技术. 2015 (02)
[6]城市智能交通系统的发展现状与趋势[J]. 陆化普,李瑞敏. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2014(01)
[7]一种利用修正牛顿迭代的时差定位算法[J]. 朱国辉,冯大政,李进,周延. 西安电子科技大学学报. 2014(05)
[8]浅谈美军枪声定位系统装备建设与发展[J]. 苏凯军. 电脑开发与应用. 2013(08)
[9]基于传声器阵列的改进的PHAT-GCC语音定位算法[J]. 彭迎标,杨尊先,林志贤,郭太良. 电声技术. 2013(02)
[10]基于双测量面阵列的波束成形方法研究[J]. 李有哲,张永斌,毕传兴. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2012(08)
博士论文
[1]音视频联合说话人定位与跟踪方法研究[D]. 金乃高.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]基于改进的高斯牛顿迭代法的声源定位及建模仿真研究[D]. 田婧.吉林大学 2016
[2]蒙特卡洛方法及应用[D]. 朱陆陆.华中师范大学 2014
[3]基于STM32的麦克风阵列声源定位系统的研究[D]. 张芳.燕山大学 2014
[4]基于麦克风阵列的仿人智能机器人声源定位技术的研究[D]. 赵圣.哈尔滨工业大学 2013
[5]基于麦克风阵列的储罐机器人定位系统设计及算法研究[D]. 缪松华.上海交通大学 2012
[6]基于马赫波的狙击手定位算法研究及仿真[D]. 李鹏.北京交通大学 2011
本文编号：3721841
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