本文關(guān)鍵詞：基于FPGA聲源定位的數(shù)據(jù)同步采集與算法實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 聲源定位 麥克風(fēng)陣列 同步采集 MVDR FPGA

【摘要】：基于麥克風(fēng)陣列以及波束形成算法的聲源定位技術(shù)通過(guò)麥克風(fēng)陣列采集聲音信號(hào),經(jīng)波束形成算法處理后完成對(duì)聲源的方位估計(jì)。該定位技術(shù)廣泛地應(yīng)用于大型機(jī)械產(chǎn)品的噪聲聲源定位以及故障診斷等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的聲源定位系統(tǒng)雖然解決了部分問(wèn)題,但是由于我國(guó)聲源定位技術(shù)起步較晚,部分聲源定位采用高成本、使用不便的采集卡等硬件或者不成熟、不匹配的定位算法來(lái)對(duì)聲源進(jìn)行定位,定位成本高、實(shí)現(xiàn)難度大�，F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件和高速同步采集芯片的加入,促進(jìn)了聲源定位技術(shù)的發(fā)展。本文采用高速同步AD轉(zhuǎn)換芯片以及FPGA平臺(tái)結(jié)合自適應(yīng)波束形成算法設(shè)計(jì)了一款體積小、成本低、實(shí)時(shí)性高且定位效果較好的聲源定位系統(tǒng)。首先,本文對(duì)聲源定位過(guò)程中對(duì)于麥克風(fēng)陣列的選型進(jìn)行了闡述,在對(duì)比了三種常見(jiàn)聲源定位算法的定位優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合后,選擇波束形成算法作為本聲源定位系統(tǒng)的核心算法�？紤]到聲源定位對(duì)于干擾的敏感性強(qiáng)的特點(diǎn),本文在對(duì)比了常規(guī)波束形成算法和自適應(yīng)波束形成算法MVDR的原理和仿真效果圖后,選擇了抗干擾性強(qiáng)、分辨率高的自適應(yīng)波束形成算法MVDR作為本聲源定位系統(tǒng)的最終定位算法。在理論基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了由8陣元麥克風(fēng)陣列、AD7606采集芯片、FPGA數(shù)據(jù)處理平臺(tái)組成的聲源定位系統(tǒng)主要部分的硬件電路,16bits采樣精度和200KSPS采樣率的AD7606芯片連同內(nèi)嵌功能強(qiáng)大且外圍擴(kuò)展SDRAM存儲(chǔ)的EP4CE10F17C8平臺(tái),可以實(shí)現(xiàn)聲源定位數(shù)據(jù)的同步采集和高速實(shí)時(shí)處理的要求。隨后本文還針對(duì)系統(tǒng)的主要功能部分進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)。最后本文利用Visual Studio 2008建立了聲源定位的上位機(jī)顯示界面,可以人性化地實(shí)時(shí)顯示聲源定位系統(tǒng)的采集和處理結(jié)果。隨機(jī)采集的聲源方向角和俯仰角實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明,本聲源定位系統(tǒng)可以滿足最初設(shè)計(jì)要求。
【關(guān)鍵詞】：聲源定位 麥克風(fēng)陣列 同步采集 MVDR FPGA
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN912.3;TN791
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 研究背景和意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)10-14
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容14-15
• 第二章 麥克風(fēng)陣列結(jié)構(gòu)與選型15-24
• 2.1 麥克風(fēng)陣列設(shè)計(jì)的難點(diǎn)15-16
• 2.2 麥克風(fēng)陣列近、遠(yuǎn)場(chǎng)模型的選型16-17
• 2.3 麥克風(fēng)的陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17-21
• 2.4 關(guān)于二維陣列的分辨率的研究21-23
• 2.4.1 陣列空間方向的分辨率21-22
• 2.4.2 三種常用二維陣列的分辨率的對(duì)比22-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 第三章 麥克風(fēng)陣列的聲源定位方法24-34
• 3.1 基于時(shí)延估計(jì)(TDOA)的定位法24-26
• 3.2 基于高分辨率譜估計(jì)的定位法26-27
• 3.3 基于可控波束形成的定位法27-32
• 3.3.1 常規(guī)波束形成算法28-29
• 3.3.2 自適應(yīng)波束形成算法29-32
• 3.3.3 波束形成算法在相控陣定位領(lǐng)域的應(yīng)用辨析32
• 3.4 本章小結(jié)32-34
• 第四章 麥克風(fēng)聲源定位的硬件設(shè)計(jì)34-54
• 4.1 麥克風(fēng)聲源定位系統(tǒng)的概述34
• 4.2 麥克風(fēng)陣列的硬件設(shè)計(jì)34-39
• 4.2.1 麥克風(fēng)的種類及選型35-36
• 4.2.2 麥克風(fēng)均勻圓陣的陣元數(shù)目36-37
• 4.2.3 麥克風(fēng)均勻圓陣的陣元間距37-38
• 4.2.4 麥克風(fēng)陣列的硬件電路38-39
• 4.3 AD采集模塊設(shè)計(jì)39-43
• 4.3.1 AD7606的電源部分電路40-41
• 4.3.2 AD7606采集電路設(shè)計(jì)41-43
• 4.4 FPGA數(shù)據(jù)處理部分設(shè)計(jì)43-50
• 4.4.1 FPGA芯片選型43-45
• 4.4.2 EP4CE10F17C8的電源電路設(shè)計(jì)45-46
• 4.4.3 EP4CE10F17C8的外圍電路設(shè)計(jì)46-48
• 4.4.4 EP4CE10F17C8的存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)48-50
• 4.5 數(shù)據(jù)傳輸部分電路設(shè)計(jì)50-53
• 4.5.1 傳輸模式USB2.051-52
• 4.5.2 USB2.0的接口模式選擇52-53
• 4.6 本章小結(jié)53-54
• 第五章 麥克風(fēng)聲源定位的算法實(shí)現(xiàn)54-72
• 5.1 硬件描述語(yǔ)言和模塊設(shè)計(jì)54-58
• 5.1.1 硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL54-55
• 5.1.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境Quartus Ⅱ55-56
• 5.1.3 Quartus Ⅱ的調(diào)試與編譯56-58
• 5.2 數(shù)據(jù)采集AD部分驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)58-59
• 5.3 聲源定位的FPGA算法實(shí)現(xiàn)59-69
• 5.3.1 FIR濾波器設(shè)計(jì)61-63
• 5.3.2 FFT快速傅里葉變換設(shè)計(jì)63-67
• 5.3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)67-68
• 5.3.4 波束形成算法的實(shí)現(xiàn)68-69
• 5.4 聲源定位系統(tǒng)的用戶界面設(shè)計(jì)69-71
• 5.5 本章小結(jié)71-72
• 第六章 總結(jié)和展望72-76
• 6.1 AD7606采樣分析72-73
• 6.2 聲源定位結(jié)果分析73-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 致謝81-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果82

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本文編號(hào)：678828