声音定位系统开题报告

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1、西安交通大学城市学院本科毕业设计（论文）开题报告题目声音定位系统设计所在系电信系学生姓名张超群专业自动化班级902学号09010364指导教师郭霞教学服务中心制表2013年3月声音定位系统的设计一、课题研究的目的和意义声音定位技术是利用声学与电子装置接受声波以确定声源位置的一种技术，它是一种重要的军事侦察手段。声音定位产生于第一次世界大战。开始根据火炮发出的声音测定火炮位置。其系统有多个声测哨站与声测中心组成，两者用电缆连接。声测哨根据传感器接受信号，声测中心记录信号并根据同一信号到达不同传感器的时间差计算火炮位置[1]。随着雷达侦测技术的兴起

2、，声音定位技术曾一度遭到冷冻，法军和美军分别于70年代80年代取消了声测侦察[2]。近年来，由于雷达面临着电子干扰、反辐射导弹、低空突防和隐身技术这四大威胁，越来越容易遭受攻击。因此，人们又开始重视被动式传感器，重新激起对声测技术的兴趣[3]。声音定位作为一种传统的侦察手段，近年来通过采用新技术，提高了性能，满足了现代化的需要，其主要特点是[4]：（1）不受通视条件限制。可见光、激光和无线电侦察器材需要通视目标，在侦察器材和目标之间不能有遮蔽物，而声测系统可以侦察遮蔽物（如山，树林等）后面的声源。（2）隐蔽性强。声测系统不受电磁波干扰也不会被无

3、线电侧向及定位，工作隐蔽性较强。（3）不受能见度限制。其他侦察器材受环境气候影响较大，在恶劣气候条件下工作时性能下降，甚至无法工作。声测系统可以在夜间、阴天、雾天、和下雪天工作，具有全天候工作的特点。声源定位在战场之外也同样具有广泛的应用前景，它可用于电话会议系统、视频会议系统、可是电话等系统中的控制摄像头和传声器阵列波速方向对准正在说话的人；也可用于语音及说话人识别软件的前端预处理，以提供高质量的声音信号，提高语音及说话人识别软件的识别率；亦可用于强噪声环境下的声音获取、大型场所的会议记录，以提高声音拾取质量；还可用于助听装置中，更好地为耳障

4、患者服务等[5]。声音是人类常用的工具，是传递和获取信息中非常重要的一种。不同物体往往发出自己特有的声音，而根据物体发出的声音，就可以判断出物体的方位[6]。现在，人类已经进入信息化时代，声源定位技术的研究，使人们能更加有效地产生、获取和应用处理声音信息，这对于当今社会的发展具有十分重要的意义。二、课题研究的主要任务和预期目标1．主要任务及要求声音定位技术研究涉及声学、信号检测、数字信号处理、电子学、软件设计等诸多技术领域，在诸多军用和民用西东中具有极其重要的意义，对军事系统中，它有助于武器的精确打击，为最终摧毁对方提供有力保证；就民用系统来说

5、，可以为目标提供可靠的服务，起到安全保障作用。声源定位技术具有被动探测方式、不受通讯条件干扰、可全天候工作的特点，但因为声源定位环境的复杂性，再加之信号采集过程中不可避免的给语音信号掺进了各种噪声干扰，都是的定位问题成为了一个极具挑战性的研究课题。实现声源定位系统的硬件设计及相关软件程序设计[7]。2．预期目标1．系统设计原理说明及实现方案论证；2．硬件电路原理图;3．软件程序流程图；4．部分程序三、设计方案1．设计思想基于麦克风阵列的定位问题简而言之就是利用一组按一定几何位置摆放的麦克定出声源的空间位置。基于麦克风阵列的声源定位方法大体上可分

6、为三类:(a)基于最大输出功率的可控波束形成技术。该方法对麦克风阵列接收到的语音信号进行滤波、加权求和，然后直接控制麦克风指向使波束有最大输出功率的方向;(b)基于高分辨率谱估计的定向技术。该方法利用求解麦克信号间的相关矩阵来定出方向角，从而进一步定出声源位置;(c)基于到达时间差((TDOA)技术。该方法首先求出声音到达不同位置麦克的时间差，再利用该时间差求得声音到达不同位置麦克的距离差，最后用搜索或几何知识确定声源位置[8]。（1）系统框图采用4个麦克风组成的阵列经过放大滤波后进行A/D采样，然后由单片机完成数据计算送给LED显示声源位置。

7、A/D模数转换器单片机LED显示麦克风阵列图1总体系统框图根据图1所示的系统，利用估计的时延值来确定声源的方位。定位的方法主要分为两大类，即几何定位法和目标函数空间搜索定位法[9]。2．方案论证2.1方案一：平面四元阵算法原理[10]基于时延的几何定位方法，是利用传声器阵列各个阵元上接收同一个声源信号的时间差（时延）[11]，以及几何关系来求出声源的方位信息。此方法所需阵元个数较少，较适合于视频会议等场合的使用[10]。为了测出三维空间目标的俯仰角、方位角和距离，需要有三个独立的时延量，所以至少需要四个传声器，如图1给出了一种平面四元十字阵的几

8、何模型：图2平面四元十字阵定位原理图如图2四个麦克风阵元的坐标分别为M1(d/2,0,0),M2(0,d/2,0),M3(-d/2,0,0),M4(0