基于麦克风阵列的声源定位系统设计与研究

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1、分类号密级UDC编号硕士研究生学位论文论文题目：基于麦克风阵列的声源定位系统设计与研究英文题目：DesignandResearchofSoundSourceLocationSystemBasedonMicrophoneArray学院物理与电子信息学院专业名称无线电物理研究方向信号处理研究生姓名郑进吉学号1523090024导师姓名和伟职称教授2018年5月12日摘要摘要麦克风阵列声源定位是指采用多个麦克风按一定的规则排布，通过高速高精度数据采集卡对声源信号进行采集，再根据时延估计、解圆锥曲线方程、自相关、互相关算法及波

2、速形成等算法计算出待测声源所处的空间位置。相较于单个麦克风信号而言，阵列麦克风具有设备简单、不受传输介质干扰的优点，因而可广泛用于音频或视频会议、语音识别、工业机器人定位等领域。然而麦克风阵列声源定位系统所涉及的算法运算量较大、系统成本高。本文针对高速高精度数据采集、同步采样大面积拓扑等困难，以及麦克风阵列声源定位算法复杂的问题，开展了声源定位算法研究、软件的编写、硬件电路系统的设计。最终完成了麦克风阵列声源定位系统的搭建。通过调试硬件及编写相关算法的测试，验证了软硬件设计的合理性。麦克风阵列定位实验结果显示，系统可实

3、现多个麦克风信号的同时同步采集、数据的存储与无线传输、人机交互与采集控制、定位结果的可视化等功能，对于24位量化精度的ADC数据采样率可达200K，定位系统的刷新速度可达25FPS。多次实验分析表明，系统的位置精度为±0.03m，方位角定位精度为±0.03度，俯仰角定位精度±0.2度，定位的相对误差小于5%。关键词：麦克风阵列；声源定位；波速形成；互相关；STM32F429IAbstractAbstractMicrophonearraylocalizationofsoundsourcereferstotheuseofm

4、ultiplemicrophonesarrangedaccordingtoacertainrule,throughthehigh-speedhigh-precisiondataacquisitioncardforthesoundsourcesignalacquisition,andthenaccordingtotimedelayestimation,solutionconicequation,autocorrelationcorrelationalgorithmandwavespeedmeasureoutthespat

5、ialpositionofthesound.Comparedwithasinglemicrophonesignal,thearraymicrophonehastheadvantagesofsimpleequipmentandnointerferencewiththetransmissionmedium,anditcanbewidelyusedinaudioorvideoconferencing,speechrecognition,industrialrobotpositioning,andthelike.However

6、,themicrophonearraysoundsourcepositioningsysteminvolvesalargeamountofcomputationandhighsystemcost.Thisdissertationfocusesonthedifficultiesofhigh-speedandhigh-precisiondataacquisition,simultaneoussamplingoflarge-areatopologies,andthecomplexproblemsofmicrophonearr

7、aysoundsourcelocalizationalgorithms.Wehavedevelopedsoundsourcelocalizationalgorithmsandsoftwareandhardwaresystemdevelopmentwork.Wefinallycompletedthedesignofamicrophonearraypositioningsystemprototype.Throughhardwareandrelatedalgorithmsoftwaretesting,weverifiedth

8、erationalityofhardwareandsoftwaredesign.Themicrophonearraypositioningexperimentresultsshowthatthesystemcanrealizesimultaneoussynchronizationofmultiplemicrophonesignal