本文關(guān)鍵詞：基于傳聲器陣列的空氣聲定位系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：主動(dòng)目標(biāo)定位技術(shù)的應(yīng)用中系統(tǒng)存在隱蔽性和安全性難以保證的問(wèn)題,被動(dòng)定位系統(tǒng)成為研究重點(diǎn)。作為被動(dòng)定位系統(tǒng)的分支,聲源定位系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景和科研價(jià)值。但目前的系統(tǒng)存在定位精度低、實(shí)時(shí)性差、過(guò)度依賴算法修正及適用范圍窄等問(wèn)題,隨著聲源定位算法研究的不斷成熟以及高性能電子元件的不斷涌現(xiàn),為解決上述問(wèn)題提供了條件和保證。因此,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于均勻線陣和窄帶常規(guī)波束形成算法的空氣聲定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了高信噪比采集電路來(lái)增強(qiáng)數(shù)據(jù)精度,設(shè)計(jì)了信號(hào)預(yù)處理電路以減小運(yùn)算量,采用互換性設(shè)計(jì)增加了系統(tǒng)的適用范圍。本文具體內(nèi)容包括:推導(dǎo)了適用于本系統(tǒng)的聲源定位算法,對(duì)算法進(jìn)行了仿真,重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)�？諝饴暥ㄎ幌到y(tǒng)分為兩個(gè)子系統(tǒng):接收陣列子系統(tǒng)和信號(hào)處理子系統(tǒng)。接收陣列子系統(tǒng)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換,它包括傳聲器陣列及預(yù)處理電路。系統(tǒng)所采用的陣列為均勻線陣,預(yù)處理電路將實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列輸出信號(hào)的濾波及放大功能。信號(hào)處理子系統(tǒng)由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換部分和控制管理部分組成。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換部分的功能是將接收陣列子系統(tǒng)輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)�？刂乒芾聿糠钟脕�(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制管理并為算法提供了運(yùn)行平臺(tái)。本文分別對(duì)子系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果均能達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。在系統(tǒng)整體測(cè)試實(shí)驗(yàn)部分,首先對(duì)聲源定位算法進(jìn)行了仿真,驗(yàn)證了算法的有效性。然后進(jìn)行了聲音信號(hào)采集實(shí)驗(yàn),證明系統(tǒng)可以正確的捕捉聲源發(fā)出的聲音信號(hào)。最后進(jìn)行了聲源定位實(shí)驗(yàn)并與算法仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明聲源定位系統(tǒng)定位誤差在2°左右,系統(tǒng)總吞吐速率達(dá)到3.98 MB/s,有較好的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：均勻線陣 聲源定位 波束形成 信號(hào)采集
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN641;TN911.7
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 研究背景及意義11-13
• 1.2 聲源定位算法及系統(tǒng)研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 基于傳聲器陣列的聲源定位算法研究概況13-14
• 1.2.2 聲源定位系統(tǒng)研究進(jìn)展14-16
• 1.3 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)難點(diǎn)16-18
• 第2章 陣列信號(hào)處理原理及算法18-31
• 2.1 陣列信號(hào)處理及波束形成18-19
• 2.2 信號(hào)處理數(shù)學(xué)模型19-24
• 2.2.1 基陣19-20
• 2.2.2 信號(hào)模型20-23
• 2.2.3 噪聲場(chǎng)模型23-24
• 2.3 波束形成24-29
• 2.3.1 波束形成表達(dá)式24-25
• 2.3.2 窄帶波束形成25-27
• 2.3.3 基于均勻線陣的窄帶常規(guī)波束形成27-29
• 2.4 聲音信號(hào)分析29-30
• 2.4.1 空氣聲音信號(hào)的特點(diǎn)29
• 2.4.2 聲音的位分辨率29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 接收陣列子系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)31-47
• 3.1 聲陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31-32
• 3.1.1 陣元間距設(shè)計(jì)31
• 3.1.2 陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31-32
• 3.2 傳聲器設(shè)計(jì)32-35
• 3.2.1 傳聲器需求分析32-33
• 3.2.2 傳聲器選擇33-35
• 3.3 濾波器需求分析及電路設(shè)計(jì)35-39
• 3.3.1 濾波器需求分析35-36
• 3.3.2 濾波器電路設(shè)計(jì)36-39
• 3.4 放大電路需求分析及設(shè)計(jì)39-41
• 3.4.1 放大電路需求分析39
• 3.4.2 放大電路設(shè)計(jì)39-41
• 3.5 接收陣列子系統(tǒng)性能測(cè)試41-46
• 3.5.1 接收電路硬件相位一致性測(cè)試41-43
• 3.5.2 接收陣列子系統(tǒng)整體一致性測(cè)試43-44
• 3.5.3 幅值一致性44-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 第4章 信號(hào)處理子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)47-64
• 4.1 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路硬件設(shè)計(jì)47-52
• 4.1.1 ADC模塊需求分析與設(shè)計(jì)48-50
• 4.1.1.1 ADC需求分析48-49
• 4.1.1.2 ADC模塊設(shè)計(jì)49-50
• 4.1.2 FPGA模塊設(shè)計(jì)50-51
• 4.1.3 SRAM模塊51-52
• 4.2 控制管理電路板硬件設(shè)計(jì)52-55
• 4.2.1 CPU模塊選擇53-54
• 4.2.2 CPU載板設(shè)計(jì)54-55
• 4.3 數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)傳輸55-59
• 4.3.1 數(shù)據(jù)采集55-56
• 4.3.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸56-59
• 4.3.2.1 板間通信接口硬件結(jié)構(gòu)56-57
• 4.3.2.2 LVDS總線工作過(guò)程57-58
• 4.3.2.3 虛擬FIFO58-59
• 4.4 信號(hào)處理子系統(tǒng)性能測(cè)試59-63
• 4.4.1 信噪比測(cè)試59-61
• 4.4.2 系統(tǒng)的總吞吐速率測(cè)試61
• 4.4.3 幅值相位一致性測(cè)試61-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第5章 算法仿真及系統(tǒng)定位實(shí)驗(yàn)64-75
• 5.1 算法仿真64-67
• 5.1.1 輸入信號(hào)模擬64
• 5.1.2 定位算法仿真64-67
• 5.2 系統(tǒng)定位實(shí)驗(yàn)67-74
• 5.2.1 空氣聲信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)68-70
• 5.2.2 聲源定位實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析70-74
• 5.2.2.1 聲源定位算法運(yùn)行過(guò)程70-71
• 5.2.2.2 聲源定位實(shí)驗(yàn)71-74
• 5.3 本章小結(jié)74-75
• 第6章 結(jié)論75-77
• 致謝77-78
• 參考文獻(xiàn)78-83
• 個(gè)人簡(jiǎn)介83-84
• 在學(xué)期間研究成果84-85
• 設(shè)計(jì)圖紙85-98
• 圖紙A：主板設(shè)計(jì)圖（部分）85-94
• 圖紙A-1：COMe模塊設(shè)計(jì)圖85-86
• 圖紙A-2：電源模塊設(shè)計(jì)圖86-87
• 圖紙A-3：SRAM模塊設(shè)計(jì)圖87-88
• 圖紙A-4：USB模塊設(shè)計(jì)圖88-89
• 圖紙A-5：LAN口設(shè)計(jì)圖89-90
• 圖紙A-6：VGA及SATA模塊設(shè)計(jì)圖90-91
• 圖紙A-7：PCIE to PCI設(shè)計(jì)圖91-92
• 圖紙A-8：FPGA設(shè)計(jì)圖 192-93
• 圖紙A-9：FPGA設(shè)計(jì)圖 293-94
• 圖紙B：信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)圖（部分）94-97
• 圖紙B-1：ADC接口設(shè)計(jì)圖94-95
• 圖紙B-2：ADC模塊設(shè)計(jì)圖95-96
• 圖紙B-3：ADC電源模塊設(shè)計(jì)圖96-97
• 圖紙C：預(yù)處理電路設(shè)計(jì)圖（部分）97-98
• 圖紙C-1：濾波放大電路設(shè)計(jì)圖97-98
• 圖紙C-2：外部接口設(shè)計(jì)圖98

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：856213