基于高精度GNSS的聲源定位系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、無源定位技術(shù)，因其在戰(zhàn)場上的重要作用，受到世界各國的重視。聲源定位技術(shù)為無源定位技術(shù)的一種，利用目標(biāo)發(fā)出的聲音進(jìn)行定位與跟蹤。目前的聲源定位多應(yīng)用于近距離定位場景，定位坐標(biāo)為基于固定麥克風(fēng)陣列的相對坐標(biāo)，在使用過程中受到一定的限制。針對這一問題，本論文設(shè)計(jì)了一種用高精度GNSS測定麥克風(fēng)陣列坐標(biāo)來輔助定位的聲源定位方法，并進(jìn)行了系統(tǒng)原型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅可以用于軍事用途，也可用于民用安防、交通監(jiān)測、定位搜尋等領(lǐng)域。

2、
　　本論文將聲源定位技術(shù)和衛(wèi)星定位技術(shù)結(jié)合起來，利用高精度的GNSS定位系統(tǒng)對拾音麥克風(fēng)進(jìn)行定位，得到其精確的經(jīng)緯度坐標(biāo)。當(dāng)麥克風(fēng)采集到4路以上的聲音信號，利用TDOA算法計(jì)算出聲音時(shí)延。綜合利用MIC坐標(biāo)與時(shí)延估算，即可定位出目標(biāo)聲源相對于麥克陣列的位置，并通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到其經(jīng)緯度和高度。
　　本論文首先對衛(wèi)星定位技術(shù)和TDOA聲源技術(shù)的原理進(jìn)行了分析與研究，確定了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。對TDOA算法進(jìn)行了誤差分析及Mat

3、lab仿真，并針對遠(yuǎn)距離的TDOA聲源定位提出了一種改進(jìn)的兩步GCC時(shí)延計(jì)算方法。利用聲音信號的包絡(luò)，用低采樣率進(jìn)行初步時(shí)延計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果在時(shí)域上進(jìn)行校對后，再進(jìn)行原采樣頻率的時(shí)延計(jì)算。通過兩步計(jì)算來減少FFT點(diǎn)數(shù)以降低算法的運(yùn)算量。在Matlab下對兩步GCC算法進(jìn)行了功能仿真，并分析了該算法的時(shí)間復(fù)雜度，噪聲敏感度。
　　其次，論文對系統(tǒng)原型機(jī)進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)。整機(jī)系統(tǒng)包括聲音采集與衛(wèi)星定位模塊、存儲模塊、系統(tǒng)控制與算法

4、計(jì)算模塊和顯示模塊。其中衛(wèi)星定位單元采用和芯星通研發(fā)的高精度三系統(tǒng)七頻段定位板卡UB380，自行設(shè)計(jì)板卡底板實(shí)現(xiàn)供電、通信與控制，控制單元選用STM32F103VET6作為主控芯片。本論文設(shè)計(jì)并制作了各個(gè)模塊的電路板。
　　最后，將各個(gè)模塊整機(jī)集成到一起組成一款基于高精度GNSS的聲源定位系統(tǒng)原型機(jī)。論文也對整機(jī)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了流程介紹，并對原型機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行功能測試與性能分析。經(jīng)測試該系統(tǒng)可以在百米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)聲源定位，達(dá)到10m以內(nèi)