基于声学传感器阵列的非视域声源目标探测与定位方法研究

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传统的声源定位技术中目标声源所发出的信号通常能直接到达声学传感器阵列,因此通过测量到达声学传感器阵列中不同阵元的时间差来求解声传输模型,得到目标声源的位置或方向。当目标声源被遮挡物遮挡时,声波将通过透射、衍射和其他界面的反射等多种途径到达声学传感器阵列,阵元接收到的信号是多种途径信号的叠加,导致传统的声源定位算法无法准确地定位出目标声源位置。作为一种极特殊环境下的定位方式,非视域声源目标定位可以不需要声源直达声学传感器阵列就可实现定位,这一特殊性使其在很多领域有着巨大的应用前景,如抢险救援、侦察反恐、智能驾驶等。首先,对当前主流的基于声学传感器阵列的声源定位方法和基于光学的非视域目标定位方法进行了归纳分析。探讨了传统的声源定位方法与模型,实验分析了十字型声学传感器阵列与T型声学传感器阵列的定位性能。其次,本文针对声源目标在非视域的场景下,提出了声学传感器阵列的信号接收模型。分析了声波在反射界面发生定向反射、扩散反射、透射的情况。由于传感器接收到多个信源的叠加,故使用调频连续波作为目标声源信号的发射模型,通过相应的信号处理得到不同路径到达阵元的时间信息,再根据阵列的空间位置,构建非线性方程组。构建相应的适应度函数,使用粒子群优化算法对非线性方程组进行求解,求出非视域场景中声源目标的空间位置。最后,搭建了基于声学传感器阵列的被遮挡区域声源探测与定位的实验系统与平台。在搭建信息采集系统时,考虑设备成本及功能需求,选择了PDM类型的硅麦克风作为麦克风阵列的阵元,为了消除单一均匀阵列会产生的空间混淆,本文采用五元十字型与四元T型阵列相组合的二维麦克风阵列拓扑结构。实验的结果表明,所设计的非视域目标定位系统达到预期效果,验证了本文方法的可行性。
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