本文關鍵詞：基于虛擬儀器的聲源追蹤技術研究

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【摘要】：聲源定位技術具有非常大的潛在應用價值,它既可以用于軍事領域,如對狙擊手位置鎖定、低空或地面目標追蹤等,同時也被用在大型會場的語音增強、視頻電話會議和新聞電視錄制等民用領域;此外,在研究地震的監(jiān)視、水下目標追蹤等領域同樣有重要的意義。通過對發(fā)聲者(聲源)的定位,實現(xiàn)拾音器或者攝像機對目標追蹤,實現(xiàn)聲音錄制前端增益匹配或者攝像頭轉動對焦等的預處理,有助于采集分辨率和清晰度比較高的聲音和畫面。近年來關于聲源定位引起廣泛研究。課題研究了常見的用于聲源定位算法和拾音器陣列布局模型,著重探討了基于波達時差(TDOA)的聲源定位技術,分析了四元十字結構拾音器陣列模型和廣義互相關時延估計算法。基于對目前聲源追蹤在實時性、快速性、定位精度上出現(xiàn)不足,針對性研究了基于TDOA聲源定位技術和廣義互相關時延估計(GCC)算法�；赥DOA的聲源定位算法的關鍵前提是得到誤差小的時延估計。分析GCC算法在計算時延時出現(xiàn)精度失真的影響因素:拾音器接收信號中混響因素對其精度損失造成一定的影響,根據(jù)混響出現(xiàn)的特點和去混響常用的方法,提出了在復倒普域去除混響技術應用于對聲波中夾雜的反射波混響的去除,以此改進了GCC算法對混響濾除不足的情況,從而降低GCC算法對于時延計算的誤差,提高了對兩路聲波信號到達時間差計算精度,進一步降低基于TDOA的聲源定位算法對目標聲源定位時產(chǎn)生的誤差。課題設計并實現(xiàn)一種基于虛擬儀器綜合測試工具的和布局成十字結構的四元拾音器陣列的聲源追蹤系統(tǒng),其基于TDOA的聲源定位算法和改進的GCC時延估計算法,可以根據(jù)目標聲源發(fā)出的聲波進行位目標位置定位和追蹤以便進行綜合管理;詳細介紹了基于LabVIEW 2012測試平臺和NI USB-9234四路同步數(shù)據(jù)采集卡,以及四元拾音器十字型陣列結構的聲源追蹤系統(tǒng)的軟件設計和硬件實現(xiàn);系統(tǒng)可以實現(xiàn)目標聲源坐標的實時獲取、目標跟蹤、坐標三維動態(tài)顯示、遠程監(jiān)控、人機交互、系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲、顯示等功能;可以實現(xiàn)對目標的定位目的,具有較強的人機交互性。最后對系統(tǒng)進行誤差分析,實驗驗證系統(tǒng)具有實時性好、精度高、計算量小、工作穩(wěn)定等特點。實驗對比分析了改進時延算法對與系統(tǒng)定位精度具有一定改善,并具有較低計算量和較好的實時性。
【關鍵詞】：虛擬儀器 聲源定位 波達時差 廣義互相關
【學位授予單位】：河南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN912.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 常見的基于拾音器聲源定位算法14-19
• 1.3.1 可控波束形成定位方法15-16
• 1.3.2 高分辨率譜估計技術16
• 1.3.3 基于粒子濾波的方法16-17
• 1.3.4 到達時延（TDOA）技術17-19
• 1.4 課題主要研究內容及章節(jié)安排19-20
• 第二章 語音的預處理研究20-28
• 2.1 語音信號的預處理20-24
• 2.1.1 聲音信號特性20
• 2.1.2 語音預處理的方法20
• 2.1.3 語音信號的預加重20-22
• 2.1.4 語音信號的短時平穩(wěn)性及分幀加窗處理22-23
• 2.1.5 語音信號的分頻處理23-24
• 2.2 聲源模型24-27
• 2.2.1 聲源近場模型特性24-26
• 2.2.2 聲源遠場模型特性26-27
• 2.3 本章總結27-28
• 第三章 基于TDOA聲源追蹤算法研究和模型建立28-40
• 3.1 拾音器陣列研究及其分類28-33
• 3.1.1 均勻線性拾音器陣列(一維陣列)28-30
• 3.1.2 勻圓形拾音器陣列（二維陣列）30-32
• 3.1.3 三維陣列（均勻球面陣列和三維均勻直線陣列）32-33
• 3.2 四元十字拾音器陣列33-38
• 3.3 影響四元十字拾音器陣列定位精度的關鍵參數(shù)分析38-39
• 3.3.1 時延值誤差對定位精度的影響38
• 3.3.2 拾音器距離對定位的影響38
• 3.3.3 目標聲源位置對定位性能的影響38-39
• 3.4 本章總結39-40
• 第四章 時延估計算法研究及改進40-49
• 4.1 時延估計的方法40-44
• 4.1.1 廣義互相關算法40-42
• 4.1.2 功率譜相位時延估計法42-43
• 4.1.3 自適應濾波法時延估計法43-44
• 4.2 廣義互相關算法的影響因素44-45
• 4.3 語音信號去混響研究45-46
• 4.3.1 混響的數(shù)學模型45-46
• 4.3.2 混響去除研究46
• 4.3.3 常用的去混響技術46
• 4.4 復倒譜域語音去混響算法46-47
• 4.5 廣義互相關算法的改進47-48
• 4.6 本章小節(jié)48-49
• 第五章 系統(tǒng)設計和實現(xiàn)及誤差分析49-68
• 5.1 系統(tǒng)總體設計49-50
• 5.2 系統(tǒng)實現(xiàn)功能50
• 5.3 聲波信號采集系統(tǒng)50-54
• 5.3.1 四元拾音器空間布局51-52
• 5.3.2 USB9234同步數(shù)據(jù)采集卡52
• 5.3.3 金澤X5-AUDIO拾音器52-53
• 5.3.4 供電電源53-54
• 5.4 上位機程序設計54-62
• 5.4.1 基于Lab VIEW2012的人機交互界面設計56-58
• 5.4.2 系統(tǒng)權限安全部分58-59
• 5.4.3 聲源信號的采集59-60
• 5.4.4 數(shù)據(jù)分析和處理60-61
• 5.4.5 盲去混響部分61
• 5.4.6 程序主控制部分61-62
• 5.5 系統(tǒng)精度驗證和改進算法誤差分析62-66
• 5.5.1 系統(tǒng)誤差分析63
• 5.5.2 改進算法對時延預估誤差分析63-64
• 5.5.3 系統(tǒng)誤差驗證64-65
• 5.5.4 改進算法對系統(tǒng)定位精度的提高65-66
• 5.6 課題研究成果66-67
• 5.7 本章總結67-68
• 總結與展望68-69
• 參考文獻69-73
• 致謝73-74
• 作者簡介74

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