基于传声器阵列的空气声定位系统研究与实现

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主动目标定位技术的应用中系统存在隐蔽性和安全性难以保证的问题,被动定位系统成为研究重点。作为被动定位系统的分支,声源定位系统有着广泛的应用前景和科研价值。但目前的系统存在定位精度低、实时性差、过度依赖算法修正及适用范围窄等问题,随着声源定位算法研究的不断成熟以及高性能电子元件的不断涌现,为解决上述问题提供了条件和保证。因此,本文设计并实现了一种基于均匀线阵和窄带常规波束形成算法的空气声定位系统。该系统采用了高信噪比采集电路来增强数据精度,设计了信号预处理电路以减小运算量,采用互换性设计增加了系统的适用范围。本文具体内容包括:推导了适用于本系统的声源定位算法,对算法进行了仿真,重点阐述了系统的设计。空气声定位系统分为两个子系统:接收阵列子系统和信号处理子系统。接收阵列子系统的任务是实现声电转换,它包括传声器阵列及预处理电路。系统所采用的阵列为均匀线阵,预处理电路将实现对阵列输出信号的滤波及放大功能。信号处理子系统由模拟数字转换部分和控制管理部分组成。模拟数字转换部分的功能是将接收阵列子系统输出的模拟电信号转换成数字信号。控制管理部分用来实现整个系统的控制管理并为算法提供了运行平台。本文分别对子系统的性能进行了测试,结果均能达到系统的设计指标要求。在系统整体测试实验部分,首先对声源定位算法进行了仿真,验证了算法的有效性。然后进行了声音信号采集实验,证明系统可以正确的捕捉声源发出的声音信号。最后进行了声源定位实验并与算法仿真结果进行了对比,实验结果表明声源定位系统定位误差在2°左右,系统总吞吐速率达到3.98 MB/s,有较好的实时性和稳定性。
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