基于到達(dá)時(shí)差(tdoa)的聲音定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、<p>　　基于到達(dá)時(shí)差(TDOA)的聲音定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　1 選題的背景與意義</p><p>　　隨著科技的進(jìn)步，定位已經(jīng)在我們的日常生活中扮演的角色越來越重要。確定一個(gè)聲源在空間中的位置是一項(xiàng)有廣闊應(yīng)用背景的有趣研究，將來可以將語音聲源定位應(yīng)用在可視電話、視頻會(huì)議等系統(tǒng)中檢測說話人的位置。聲源定位通過測量物體發(fā)出的聲音對物體定位，與使用聲納、雷達(dá)、無線通訊

2、的定位方法不同，前者信源是普通的聲音，是寬帶信號，而后者信源是窄帶信號。對聲源位置的確定能給大家有效的利用聲音提供幫助。事實(shí)證明，聲源定位系統(tǒng)是一個(gè)很有意義的研究課題。</p><p>　　2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題</p><p><b>　　2.1 基本內(nèi)容</b></p><p>　　聲源定位技術(shù)研究涉及聲學(xué)、信號檢測、數(shù)字信

3、號處理、電子學(xué)、軟件設(shè)計(jì)等諸多技術(shù)領(lǐng)域，在諸多軍用和民用西東中具有極其重要的意義，對軍事系統(tǒng)中，它有助于武器的精確打擊，為最終摧毀對方提供有力保證；就民用系統(tǒng)來說，可以為目標(biāo)提供可靠的服務(wù)，起到安全保障作用。聲源定位技術(shù)具有被動(dòng)探測方式、不受通訊條件干擾、可全天候工作的特點(diǎn)，但因?yàn)槁曉炊ㄎ画h(huán)境的復(fù)雜性，再加之信號采集過程中不可避免的給語音信號摻進(jìn)了各種噪聲干擾，都是的定位問題成為了一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的研究課題。 </p>

4、;<p>　　本次研究的基本內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)基于到達(dá)時(shí)差(TDOA)原理、嵌入式技術(shù)，采用麥克風(fēng)陣列定位的方式實(shí)現(xiàn)對二維平面物體準(zhǔn)確定位的聲音定位系統(tǒng)。系統(tǒng)包括：聲響模塊、接受模塊、信號處理模塊。</p><p>　　基于到達(dá)時(shí)間差的聲源定位原理：人對聲源的定位主要用到了聲音幅度這個(gè)物理量，而機(jī)器卻可以精確的測量聲音的相位。由于聲波在空氣中以一定速度傳播，到達(dá)設(shè)置于不同位置的傳聲器的相位不同，根據(jù)這些

5、傳聲器對同一聲音錄制的相位差別，我們可以計(jì)算出同一聲音到達(dá)每對傳聲器的時(shí)間差值。如果我們得到了某個(gè)聲源發(fā)出的聲音到達(dá)一對傳聲器的時(shí)間差，合適的安排傳聲器的位置，可以使得雙曲面的交點(diǎn)只有一個(gè)，這個(gè)點(diǎn)就是我們要的聲源位置。大多數(shù)聲源定位是基于到達(dá)時(shí)間差的方法，提高對到達(dá)時(shí)間差估計(jì)的準(zhǔn)確程度是這種方法的關(guān)鍵。</p><p>　　麥克風(fēng)陣列(Microphone Array)，從字面上，指的是麥克風(fēng)的排列。也就是說由一

6、定數(shù)目的聲學(xué)傳感器(一般是麥克風(fēng))組成，用來對聲場的空間特性進(jìn)行采樣并處理的系統(tǒng)。</p><p>　　2.2 擬解決的主要問題</p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要解決的問題是利用單片機(jī)定位生源的位置。聲源發(fā)出聲音，麥克風(fēng)陣列接收后發(fā)送給信號處理模塊，信號處理模塊根據(jù)廣義互相關(guān)算法計(jì)算聲源位置，顯示在顯示屏上。</p><p>　　3 研究思路方案、可行性分析及預(yù)期

7、成果</p><p><b>　　3.1 可行性分析</b></p><p>　　聲源定位是一種利用麥克風(fēng)陣列接收聲音信號，并使用信號處理等手段對其進(jìn)行分析處理，最終確定聲源所在位置的技術(shù).該技術(shù)在生產(chǎn)生活等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在科研方面也同樣具有寶貴的價(jià)值。</p><p>　　由于定位方式原理有所不同，一般可將聲源定位技術(shù)分為3類：<

8、;/p><p>　　第一種是高分辨率譜估計(jì)定位技術(shù)，這種方法在遠(yuǎn)場條件下的定位效果不錯(cuò)，但計(jì)算量較大，且在處理寬帶信號上有所欠缺。</p><p>　　第二種方法是基于可控波束形成法，但為了使波束功率達(dá)到最大值，需要對整個(gè)空間進(jìn)行掃描搜索，計(jì)算量大，還需要了解背景噪聲等先驗(yàn)知識。</p><p>　　第三種定位算法是基于到達(dá)時(shí)間差技術(shù)，即TDOA。這也是現(xiàn)在最常用的一種

9、方法。該方法主要有兩個(gè)步驟，分別是時(shí)延估計(jì)和定位估計(jì)，首先使用多組麥克風(fēng)對信號進(jìn)行接收，接著使用相關(guān)方法分別計(jì)算從而得到多組時(shí)延，然后由麥克風(fēng)陣列位置結(jié)合上一步求得的時(shí)延進(jìn)行定位，從而得到最終聲源的位置。這種方法的優(yōu)勢在于原理簡單，計(jì)算量較小，且不需要知道噪聲的先驗(yàn)知識。</p><p>　　在時(shí)延估計(jì)算法中，傳統(tǒng)的互相關(guān)方法在理想條件下有一定的抗噪聲和混響能力，但是在信噪比較低和混響較強(qiáng)等真實(shí)條件下，此算法的性

10、能下降比較明顯。綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用基于到達(dá)時(shí)差(TDOA)原理的技術(shù)較為合理，此方案可行。</p><p>　　3.2 研究思路方案</p><p>　　要成功實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)必具備以下功能：聲源發(fā)聲、接收聲音、液晶顯示等功能。其主要的電氣系統(tǒng)可劃分為：電源、主控、信號發(fā)聲、聲音接收、液晶顯示等基本模塊。系統(tǒng)框圖如下：</p><p>　　聲源定位系統(tǒng)的

11、實(shí)現(xiàn)程序的基本流程圖如下圖所示: </p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　3.3 預(yù)期研究成果</p><p>　　設(shè)計(jì)出一套基于到達(dá)時(shí)差(TDOA)原

12、理、嵌入式技術(shù)，采用麥克風(fēng)陣列實(shí)現(xiàn)聲音定位的裝置，還可以通過軟件仿真對設(shè)計(jì)結(jié)果互相印證。</p><p><b>　　4 研究工作計(jì)劃</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　靳瑩,楊潤澤.聲測定位技術(shù)的現(xiàn)狀研究［J］． 電聲技術(shù)，2007，31(2): 4-8．</p>

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