針對(duì)當(dāng)前聲源定位精度不理想、實(shí)時(shí)性不佳等問(wèn)題,提出了一種正四棱錐麥克風(fēng)陣列聲源定位結(jié)構(gòu)。采用時(shí)間延遲估計(jì)的聲源定位方法,并提出時(shí)延值的快速搜索策略;推導(dǎo)了該結(jié)構(gòu)的基于信號(hào)時(shí)延的時(shí)空映射關(guān)系,建立了聲源目標(biāo)位置的幾何計(jì)算模型,并依據(jù)正四棱錐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及冗余的時(shí)延值對(duì)值域劃分,縮小求解范圍,運(yùn)用迭代算法得到聲源的位置坐標(biāo),并通過(guò)雙重篩選機(jī)制剔除錯(cuò)誤的定位結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該結(jié)構(gòu)及定位算法在提高系統(tǒng)定位精度和實(shí)時(shí)性能方面的有效性,能滿足機(jī)器人應(yīng)用中對(duì)聲源定位的需求。 

【文章來(lái)源】：計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究. 2019,36(04)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

峰值搜索區(qū)間

?捎謔毖庸蘭憑?鵲奈侍猓??3)不可能處于完全相等的狀態(tài)，它們之間有一個(gè)誤差的存在。b)針對(duì)a)中所提到的誤差設(shè)定一個(gè)合理的閾值ε，其中ε值可根據(jù)系統(tǒng)定位精度的需求來(lái)設(shè)定，并進(jìn)行下面不等式的判斷:τij－(τik+τkj)≤ε(4)c)當(dāng)不滿足該不等式時(shí)，說(shuō)明時(shí)延估計(jì)的偏差較大，則擯棄該組時(shí)延值;當(dāng)滿足條件時(shí)，則該組時(shí)延通過(guò)篩選，進(jìn)而進(jìn)行定位計(jì)算。1．3基于時(shí)間延遲估計(jì)的正四棱錐聲源定位設(shè)計(jì)采用基于正四棱錐的三維麥克風(fēng)陣列進(jìn)行聲源目標(biāo)的定位。建立如圖4所示的坐標(biāo)系，m0～m4分別為五個(gè)麥克風(fēng)且位于四棱錐的五個(gè)頂點(diǎn)之上，坐標(biāo)分別為(xi，yi，zi)(i=0，1，2，3，4)，待求聲源點(diǎn)G的坐標(biāo)為(x，y，z)，聲音在空氣中的傳播速度為vsound，聲源點(diǎn)G到各個(gè)麥克風(fēng)的距離分別為si(i=0，1，2，3，4);則目標(biāo)聲源到達(dá)其他麥克風(fēng)的距離與到達(dá)m0的距離之差為di0=si－s0=vsoundτi0i=1，2，3，4(5)其中:τi0為聲源到達(dá)mi與到達(dá)m0的時(shí)間差。圖4正四棱錐聲源定位示意圖由圖4的空間幾何關(guān)系可建立聲源定位數(shù)學(xué)模型如下:si=(x－xi)2+(y－yi)2+(z－zi)槡2s0=(x－x0)2+(y－y0)2+(z－z0)槡2di0=si－s0(i=1，2，3，4)(6)2基于迭代優(yōu)化的聲源位置計(jì)算式(6)中的任意三個(gè)方程聯(lián)立，均可求解出聲源的位置坐標(biāo)�？紤]到實(shí)際測(cè)量的誤差，可以使其中三個(gè)方程分別聯(lián)立，

180，30，6)(181．3，30．3，6．16)(240，30，6)(241．4，30．9，5．82)(300，30，6)(301．2，30．7，6．24)由表3的定位結(jié)果，采用均方根誤差(ＲMSE)作為實(shí)驗(yàn)定位精度的判斷標(biāo)準(zhǔn)。由于本實(shí)驗(yàn)著重實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)室內(nèi)聲源目標(biāo)的定位，仰角的影響因素相對(duì)較小。所以，本實(shí)驗(yàn)將重點(diǎn)分析定位距離與定位方位角的精度問(wèn)題，暫不考慮仰角信息(由表3可知仰角誤差在1．2°以內(nèi))，由此可得到定位誤差的曲線圖，如圖12～15所示。圖12定位距離誤差與距離的關(guān)系曲線圖13定位角度誤差與距離的關(guān)系曲線由圖12、13可知，在同一方位角度下，隨著聲源與定位陣列距離的增大，距離定位誤差與角度定位誤差呈現(xiàn)出不同的關(guān)系曲線。即定位距離誤差隨著距離的增大而增大，在6m的范圍內(nèi)，最大距離定位誤差保持在0．25m以內(nèi)，最小誤差只有0．05m左右;而方位角定位誤差并沒(méi)有隨著聲源距離的變化而出現(xiàn)顯著的變動(dòng)，誤差在1．5°以內(nèi)，保持了較好的穩(wěn)定性，定位精度相對(duì)較高。從距離誤差與角度誤差的相對(duì)大小來(lái)看，角度定位精度要優(yōu)于距離定位精度。初步分析，造成這種定位精度差異的重要原因是距離的計(jì)算式(11)是由乘方與加法組成，這也會(huì)造成誤差的累積;而角度值的求解公式恰恰相反，是由除式組成的，這對(duì)誤差的消除起到了一定的作用。圖14定位距離誤差與方位角的關(guān)系曲線圖15定位角度誤差與方位角的關(guān)系線由圖14和15可知，在同一距離的情況下，隨著方位角的變化，距離定位誤差與方位角定位誤差均呈現(xiàn)出較平穩(wěn)的關(guān)系曲線。距離定位誤差的波動(dòng)范圍保持在0．08m以內(nèi)，方位角定位誤差的波動(dòng)范

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3463570