基于广义加权互相关时延估计的运动声源定位方法与分析系统设计

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基于声阵列的声源定位技术是使用传声器阵列来采集声信号,利用阵列中各传声器信号的时间延迟来定位、跟踪声源的空间位置,被广泛应用于汽车等领域中。然而在实际工程环境中,声源往往并不是静止的,尤其是汽车领域,噪声往往在运动过程中产生,如何对噪声进行有效控制一直困扰汽车行业的难题,汽车的运动增加了声源定位的难度,因此探究运动声源的定位技术对汽车的生产制造具有重要的意义,只有准确的定位到声源的位置,才能对噪声进行有效的控制。在对运动声源进行识别定位时,由于噪声源与声阵列之间存在相对运动,传声器采集到的信号中存在多普勒效应,使得原始信号的频谱出现频移现象。因此在对运动声源定位之前,首先要对由于运动产生的多普勒效应进行修正,以恢复信号的原始频谱结构,以便后续能够更精确的定位声源。在此背景下,本文主要研究了基于广义加权互相关时延估计的运动声源定位方法,并研发了一套基于声阵列的声学分析与声源定位系统,本文主要研究内容如下:针对运动声源在运动过程中会产生多普勒效应造成信号频谱偏移的问题,引入频偏率来表示多普勒效应对信号的影响,并基于频偏变化曲线采用变采样的方法来对带有多普勒效应的信号进行修正,对信号的真实采样时间点进行重新采样,进而恢复信号的原始频谱结构。针对传统广义互相关时延估计算法易受采样频率和环境噪声的影响,导致时延估计误差较大的问题,提出了一种改进的广义加权互相关峰值附近插值算法,有效提高了时间延迟估计精度,并且在低采样率下仍能获得较高的精度。并且与前文的多普勒效应校正方法相结合,实现对运动声源的识别定位。自主开发了一套声学分析与声源识别系统,该系统目前支持超过32通道的信号同步采集,并且理论上可以无限扩增测试通道,可以灵活支持各种形状各种数量的声阵列,具有基本的声音信号采集,时频域分析处理,统计特性分析以及声源定位等功能。
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