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

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【摘要】：主動目標定位技術的應用中系統(tǒng)存在隱蔽性和安全性難以保證的問題,被動定位系統(tǒng)成為研究重點。作為被動定位系統(tǒng)的分支,聲源定位系統(tǒng)有著廣泛的應用前景和科研價值。但目前的系統(tǒng)存在定位精度低、實時性差、過度依賴算法修正及適用范圍窄等問題,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),為解決上述問題提供了條件和保證。因此,本文設計并實現(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增強數(shù)據(jù)精度,設計了信號預處理電路以減小運算量,采用互換性設計增加了系統(tǒng)的適用范圍。本文具體內容包括:推導了適用于本系統(tǒng)的聲源定位算法,對算法進行了仿真,重點闡述了系統(tǒng)的設計�？諝饴暥ㄎ幌到y(tǒng)分為兩個子系統(tǒng):接收陣列子系統(tǒng)和信號處理子系統(tǒng)。接收陣列子系統(tǒng)的任務是實現(xiàn)聲電轉換,它包括傳聲器陣列及預處理電路。系統(tǒng)所采用的陣列為均勻線陣,預處理電路將實現(xiàn)對陣列輸出信號的濾波及放大功能。信號處理子系統(tǒng)由模擬數(shù)字轉換部分和控制管理部分組成。模擬數(shù)字轉換部分的功能是將接收陣列子系統(tǒng)輸出的模擬電信號轉換成數(shù)字信號�？刂乒芾聿糠钟脕韺崿F(xiàn)整個系統(tǒng)的控制管理并為算法提供了運行平臺。本文分別對子系統(tǒng)的性能進行了測試,結果均能達到系統(tǒng)的設計指標要求。在系統(tǒng)整體測試實驗部分,首先對聲源定位算法進行了仿真,驗證了算法的有效性。然后進行了聲音信號采集實驗,證明系統(tǒng)可以正確的捕捉聲源發(fā)出的聲音信號。最后進行了聲源定位實驗并與算法仿真結果進行了對比,實驗結果表明聲源定位系統(tǒng)定位誤差在2°左右,系統(tǒng)總吞吐速率達到3.98 MB/s,有較好的實時性和穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：均勻線陣 聲源定位 波束形成 信號采集
【學位授予單位】：中國地質大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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)研究進展14-16
• 1.3 研究內容與技術難點16-18
• 第2章 陣列信號處理原理及算法18-31
• 2.1 陣列信號處理及波束形成18-19
• 2.2 信號處理數(shù)學模型19-24
• 2.2.1 基陣19-20
• 2.2.2 信號模型20-23
• 2.2.3 噪聲場模型23-24
• 2.3 波束形成24-29
• 2.3.1 波束形成表達式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 聲音信號分析29-30
• 2.4.1 空氣聲音信號的特點29
• 2.4.2 聲音的位分辨率29-30
• 2.5 本章小結30-31
• 第3章 接收陣列子系統(tǒng)硬件電路設計31-47
• 3.1 聲陣列結構設計31-32
• 3.1.1 陣元間距設計31
• 3.1.2 陣列結構設計31-32
• 3.2 傳聲器設計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計35-39
• 3.3.1 濾波器需求分析35-36
• 3.3.2 濾波器電路設計36-39
• 3.4 放大電路需求分析及設計39-41
• 3.4.1 放大電路需求分析39
• 3.4.2 放大電路設計39-41
• 3.5 接收陣列子系統(tǒng)性能測試41-46
• 3.5.1 接收電路硬件相位一致性測試41-43
• 3.5.2 接收陣列子系統(tǒng)整體一致性測試43-44
• 3.5.3 幅值一致性44-46
• 3.6 本章小結46-47
• 第4章 信號處理子系統(tǒng)硬件設計47-64
• 4.1 模擬數(shù)字轉換電路硬件設計47-52
• 4.1.1 ADC模塊需求分析與設計48-50
• 4.1.1.1 ADC需求分析48-49
• 4.1.1.2 ADC模塊設計49-50
• 4.1.2 FPGA模塊設計50-51
• 4.1.3 SRAM模塊51-52
• 4.2 控制管理電路板硬件設計52-55
• 4.2.1 CPU模塊選擇53-54
• 4.2.2 CPU載板設計54-55
• 4.3 數(shù)據(jù)采集與實時傳輸55-59
• 4.3.1 數(shù)據(jù)采集55-56
• 4.3.2 實時數(shù)據(jù)傳輸56-59
• 4.3.2.1 板間通信接口硬件結構56-57
• 4.3.2.2 LVDS總線工作過程57-58
• 4.3.2.3 虛擬FIFO58-59
• 4.4 信號處理子系統(tǒng)性能測試59-63
• 4.4.1 信噪比測試59-61
• 4.4.2 系統(tǒng)的總吞吐速率測試61
• 4.4.3 幅值相位一致性測試61-63
• 4.5 本章小結63-64
• 第5章 算法仿真及系統(tǒng)定位實驗64-75
• 5.1 算法仿真64-67
• 5.1.1 輸入信號模擬64
• 5.1.2 定位算法仿真64-67
• 5.2 系統(tǒng)定位實驗67-74
• 5.2.1 空氣聲信號采集實驗68-70
• 5.2.2 聲源定位實驗及結果分析70-74
• 5.2.2.1 聲源定位算法運行過程70-71
• 5.2.2.2 聲源定位實驗71-74
• 5.3 本章小結74-75
• 第6章 結論75-77
• 致謝77-78
• 參考文獻78-83
• 個人簡介83-84
• 在學期間研究成果84-85
• 設計圖紙85-98
• 圖紙A：主板設計圖（部分）85-94
• 圖紙A-1：COMe模塊設計圖85-86
• 圖紙A-2：電源模塊設計圖86-87
• 圖紙A-3：SRAM模塊設計圖87-88
• 圖紙A-4：USB模塊設計圖88-89
• 圖紙A-5：LAN口設計圖89-90
• 圖紙A-6：VGA及SATA模塊設計圖90-91
• 圖紙A-7：PCIE to PCI設計圖91-92
• 圖紙A-8：FPGA設計圖 192-93
• 圖紙A-9：FPGA設計圖 293-94
• 圖紙B：信號采集電路設計圖（部分）94-97
• 圖紙B-1：ADC接口設計圖94-95
• 圖紙B-2：ADC模塊設計圖95-96
• 圖紙B-3：ADC電源模塊設計圖96-97
• 圖紙C：預處理電路設計圖（部分）97-98
• 圖紙C-1：濾波放大電路設計圖97-98
• 圖紙C-2：外部接口設計圖98

【參考文獻】

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本文編號：856213