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发表于 2006-7-2 05:19:00
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声源定位技术' N. v- I/ ?7 c4 [9 o# y( q
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声源定位的方法包括波束形成,超分辨谱估计和TDOA,分别将声源和阵列之间的关系转变为空间波束,空间谱和到达时间差,并通过相应的信息进行定位。1 _! d1 F3 L" m. A- K
5 J, A# p. ?6 c 电扫阵列% A, y% a. z- J* l# k9 M
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通过阵列形成的波束在空间扫描,根据不同角度的抑制不同来判断方向。通过控制各个阵元的加权系数来控制阵列的输出指向,进行扫描。当系统扫描到输出信号功率最大时所对应的波束方向就是认为是声源的DOA方向,从而可以声源定位。电扫阵列的方式存在一定的局限,仅仅适用于单一声源。若多声源在阵列方向图的同一主波束内,则无法区分。而这种定位精度和阵列宽度有关—在指定频率下,波束宽度和阵列孔径成反比,所以大孔径的麦克风阵列在很多场合的硬件上很难实现。
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超分辨谱估计
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如MUSIC,ESPRIT等,对其协方差矩阵(相关矩阵)进行特征分解,构造空间谱,关于方向的频谱,谱峰对应的方向即为声源方向。适合多个声源的情况,且声源的分辨率与阵列尺寸无关,突破了物理限制,因此成为超分辨谱方案。这类方法可以拓展到宽带处理,但是对误差十分敏感,如麦克风单体误差,通道误差,适合远场模型,矩阵运算量巨大。/ d8 j) k4 x* m' n. t
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TDOA' ]: V- }; W* G
# ], k' o0 l& e: p) |- h: N( A TDOA是先后估计声源到达不同麦克风的时延差,通过时延来计算距离差,再利用距离差和麦克风阵列的空间几何位置来确定声源的位置。分为TDOA估计和TDOA定位两步:: J( ]4 x& S' w' M ~2 B7 n
& m- t t) S/ G" C1 h! z 1. TDOA估计0 p5 u$ {* D/ O4 M
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常用的有广义互相关GCC,Generalized Cross Correlation和LMS自适应滤波
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广义互相关# P) Z% v+ H6 z3 D6 c
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* ?; O4 [. o4 {7 b 基于TDOA的声源定位方法中,主要用GCC来进行延时估计。GCC计算方法简单,延时小,跟踪能力好,适用于实时的应用中,在中等嘈杂强度和低混响噪声情况下性能较好,在嘈杂非稳态噪声环境下定位精度会下降。
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LMS自适应滤波
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: Q3 p% n' Y+ O0 P7 r" r; k 在收敛的状态下给出TDOA的估值,不需要噪声和信号的先验信息,但是对混响较为敏感。该方法将两个麦克风信号作为目标信号和输入信号,用输入信号去逼近目标信号,通过调整滤波器系数得到TDOA。
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2. TDOA定位
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( W3 @$ X$ W: W& q6 m TDOA估值进行声源定位,三颗麦克风阵列可以确定空间声源位置,增加麦克风会增高数据精度。定位的方法有MLE最大似然估计,最小方差,球形差值和线性相交等。TDOA相对来讲应用广泛,定位精度高,且计算量最小,实时性好,可用于实时跟踪,在目前大部分的智能定位产品中均采用TDOA技术做为定位技术。 |
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