麦克风阵列研究是阵列信号处理的新方向,声源定位技术是阵列信号处理的关键技术之一,也是语音信号处理领域的一个研究热点。基于麦克风阵列的声源定位技术在声音检测、视频会议及语音增强等领域有重要的应用价值,具有广泛的应用前景和实际意义。本论文结合麦克风阵列和语音信号处理的特点,系统地研究了基于麦克风阵列的声源定位方法,主要做了以下几方面工作:
　　1.总结归纳了目前基于麦克风阵列的声源定位技术的三种基本方法的原理及优缺点。鉴于预处理和语音检测在声源定位中的重要作用,详细介绍了语音信号的一些前期处理工作,包括预滤波、加窗分帧、语音端点检测等,同时根据语音信号的特点,建立了基于麦克风阵列的近场和远场信号模型,并在混响环境下建立了房间脉冲响应模型。
　　2.由于在实际应用中,语音信号可能位于近场,也可能位于远场,所以本文分别对近场和远场这两种情况下的声源定位技术进行了研究。在近场情况下研究了基于时延估计(TDOA)的定位方法,该算法分时延估计和几何定位两步。在几种常用的时延估计算法的基础上提出了一种改进的互功率谱相位加权时延估计法,该方法利用了语音激励信息不易受到环境噪声和房间混响干扰的优点,由于残余误差中包含语音激励信息,本文采用线性预测得到不同位置的麦克风接收信号的残余误差,并对残余误差的互功率谱进行多帧加权,根据信噪比和混响大小对加权函数进行调整。在时延估计基础上提出了一种平面四元阵几何定位法来确定近场单声源的位置,实验验证该方法不仅对噪声和混响均具有很强的鲁棒性,而且运算量比较小,可应用于实际环境中。
　　3.在麦克风阵列远场信号模型的情况下,研究了基于子空间的声源定位算法。在传统MUSIC算法理论分析的基础上,本文提出了改进的MUSIC算法,文中给出了改进算法的实现框图,并用MATLAB进行了算法仿真。仿真结果表明该算法适合于语音信号特性的麦克风阵列声源定位,可以有效地估计出相隔比较近的多个低信噪比声源信号,从而验证了以上改进算法的有效性和高效性。