基于matlab的聲源定位系統(tǒng)

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1、基于MATLAB的聲源定位系統(tǒng)摘要確定一個(gè)聲源在空間中的位置是一項(xiàng)有廣闊應(yīng)用前景的有趣研究，將來(lái)可以廣泛的應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。聲源定位是通過(guò)測(cè)量物體發(fā)出的聲音對(duì)物體定位，與使用聲納、雷達(dá)、無(wú)線通訊的定位方法不同，前者信源是普通的聲音，是寬帶信號(hào)，而后者信源是窄帶信號(hào)。根據(jù)聲音信號(hào)特點(diǎn)，人們提出了不同的聲源定位算法，但由于信號(hào)質(zhì)量、噪聲和混響的存在，使得現(xiàn)有聲源定位算法的定位精度較低。此外，已有的聲源定位方法的運(yùn)算量較大，難以實(shí)時(shí)處理。關(guān)鍵詞：傳聲器陣列；聲源定位；Matlab目錄第一章緒論……………………………………………………………

2、………………1第二章聲源定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)…………………………………………………………2第三章基于到達(dá)時(shí)間差的聲源定位原理……………………………………………3第四章串口通信………………………………………………………………………5第五章實(shí)驗(yàn)電路圖設(shè)計(jì)………………………………………………………………8第六章總結(jié)……………………………………………………………………………16第七章參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………17第一章緒論1.1基于傳聲器陣列的定位方法簡(jiǎn)述在無(wú)噪聲、無(wú)混響的情況下，距離聲源很近的高性能、高方向性的單傳聲器可以

3、獲得高質(zhì)量的聲源信號(hào)。但是，這要求聲源和傳聲器之間的位置相對(duì)固定，如果聲源位置改變，就必須人為地移動(dòng)傳聲器。若聲源在傳聲器的選擇方向之外，則會(huì)引入大量的噪聲，導(dǎo)致拾取信號(hào)的質(zhì)量下降。而且，當(dāng)傳聲器距離聲源很遠(yuǎn)，或者存在一定程度的混響及干擾的情況下，也會(huì)使拾取信號(hào)的質(zhì)量嚴(yán)重下降。為了解決單傳聲器系統(tǒng)的這些局限性，人們提出了用傳聲器陣列進(jìn)行聲音處理的方法。傳聲器陣列是指由一定的幾何結(jié)構(gòu)排列而成的若干個(gè)傳聲器組成的陣列。相對(duì)于單個(gè)傳聲器而言具有更多優(yōu)勢(shì)，它能以電子瞄準(zhǔn)的方式從所需要的聲源方向提供高質(zhì)量的聲音信號(hào)，同時(shí)抑制其他的聲音和環(huán)境噪聲，具有很強(qiáng)的

4、空間選擇性，無(wú)須移動(dòng)傳聲器就可對(duì)聲源信號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、定位和跟蹤，如果算法設(shè)計(jì)精簡(jiǎn)得當(dāng)，則系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高速的實(shí)時(shí)跟蹤定位。傳聲器陣列的聲音信號(hào)處理與傳統(tǒng)的陣列信號(hào)處理主要有以下幾種不同：（1）傳統(tǒng)的陣列信號(hào)處理技術(shù)處理的信號(hào)一般為平穩(wěn)或準(zhǔn)平穩(wěn)信號(hào)，相關(guān)函數(shù)可以通過(guò)時(shí)間相關(guān)來(lái)準(zhǔn)確獲得，而傳聲器陣列要處理的信號(hào)通常為短時(shí)平穩(wěn)的聲音信號(hào)，用時(shí)間平均來(lái)求得準(zhǔn)確的相關(guān)函數(shù)比較困難。（2）傳統(tǒng)的陣列信號(hào)處理一般采用遠(yuǎn)場(chǎng)模型，而傳聲器陣列信號(hào)處理要根據(jù)不同的情況選擇遠(yuǎn)場(chǎng)模型還是使用近場(chǎng)模型。近場(chǎng)模型和遠(yuǎn)場(chǎng)模型最主要的區(qū)別在于是否考慮傳聲器陣列各陣元因接收信號(hào)幅度衰減

5、的不同所帶來(lái)的影響，對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)模型，信源到各陣元的距離差與整個(gè)傳播距離相比非常小，可忽略不計(jì)，對(duì)于近場(chǎng)模型，信源到各陣元的距離差與整個(gè)傳播距離相比較大，必須考慮各陣元接收信號(hào)的幅度差。（3）在傳統(tǒng)的陣列信號(hào)處理中，噪聲一般為高斯噪聲(包括白、色噪聲)，與信源無(wú)關(guān)，在傳聲器陣列信號(hào)處理中噪聲既有高斯噪聲，也有非高斯噪聲，這些噪聲可能和信源無(wú)關(guān)，也可能相關(guān)。由于上述陣列信號(hào)處理間的區(qū)別，給傳聲器陣列信號(hào)處理帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。聲波在傳播過(guò)程中要發(fā)生幅度衰減，其幅度衰減因子與傳播距離成正比，信源到傳聲器陣列各陣元的距離是不同的，因此聲波波前到達(dá)各陣元時(shí)，幅

6、度也是不同的。另外，當(dāng)聲音信號(hào)在傳播時(shí)，由于反射、衍射等原因，使到達(dá)傳聲器的聲音信號(hào)的路徑除了直達(dá)路徑外還存在著多條其它路徑，從而產(chǎn)生接收信號(hào)的幅度衰減、音質(zhì)變差等不利影響，這種現(xiàn)象稱為混響（Reverberation)?；祉懶?yīng)的存在產(chǎn)生了很多不利影響，如所獲取的聲音質(zhì)量下降、聲源定位的精度嚴(yán)重降低等。1．2MATLAB軟件的介紹MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory）的簡(jiǎn)稱，它的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，用MATLAB解算問(wèn)題要比用其他語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，MATLAB的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)

7、計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用MATLAB函數(shù)集）擴(kuò)展了MATLAB環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)是關(guān)于平面聲源定位的方針與建模，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，我們使用了MATLAB軟件，在這次設(shè)計(jì)中我們通過(guò)NeuralNetworkToolbox（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱）來(lái)解決聲源定位建模與仿真的實(shí)驗(yàn)，計(jì)算聲源的距離和角度。第二章聲源定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一個(gè)完整的聲源定位系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分構(gòu)成。具體結(jié)構(gòu)如下所述。硬件結(jié)構(gòu)完整的聲源定位系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1.2所示：由一定數(shù)目按特定位置擺放的傳聲

8、器陣列，信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)，同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。圖1.2聲源定位系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖在系統(tǒng)工作時(shí)，聲音信號(hào)經(jīng)傳聲器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，