汽车鸣笛抓拍系统校准方法及装置研究

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汽车鸣笛抓拍系统测量到达麦克风阵列的声音信号的振幅和相位差,以照片的形式向用户显示声场和声源的分布,适用于在城市道路上禁止鸣笛的执法系统中。不过,目前汽车鸣笛抓拍系统的技术性指标和精度缺乏统一的校准规范,因此对汽车鸣笛抓拍系统进行校准研究十分必要。本文重点研究以波束形成原理为基础的汽车鸣笛抓拍系统校准方法和校准装置。基于国内外汽车鸣笛抓拍系统的主要厂商提供的产品参数的基础上,提出了以定位误差、空间分辨力及声压级作为其主要校准参数,并进行了定义,对校准环境、差频信号和声压级动态范围进行了选择。对特定阵列形状的波束形成算法声源定位进行了仿真,研究不同的参数变量对声源定位识别的影响,并提出对应的校准方法。设计了汽车鸣笛抓拍系统校准装置,根据指标要求对其硬件组成部分进行了选型、设计,对软件部分进行了上位机程序界面的开发。所设计的校准装置硬件结构主要由标准声源、数据采集卡、标准传声器和声级校准器组成。标准声源近似于点声源,数据采集卡负责产生特定频段的声波和声音信号的采集功能,标准传声器经声级校准器校正后可用于校准声压级。程控计算机与数据采集卡进行usb通信,实现程控的功能。分别在室内全消声室环境和室外道路现场利用设计的校准方法和校准装置对市场上某款主流的汽车鸣笛抓拍系统产品进行了校准,得到室内的定位误差为(100~160)mm,横向空间分辨力为(238~530)mm,纵向空间分辨力为(519~950)mm,室外的定位误差为(700~1200)mm,声压级的最大偏差不超过5 dB,同时计算了校准装置系统的扩展不确定度为0.812 dB(k=2),验证了装置和方法的可行性。
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