基于无线传感网络的声源定位技术研究

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近年来,声源定位技术成为研究的热点,单节点麦克风阵列的声源定位已经在一些场合应用,如战场反狙击、声学相机和语音增强领域。但是,这种定位方式覆盖范围有限,无法满足大范围声学探测的要求,所以本文采用一种基于无线传感器网络的多节点分布式声源定位系统,每个节点完成到达方位角的估计和坐标位置估计,节点之间可以通过无线传感网络共享这些数据,这样做的目的可以提高声源定位的覆盖范围,还可以提高定位精度。分析常用各种时延估计算法的优缺点,最后本文采用相关时延估计来完成时间延迟估计。利用双曲线的平面定位原理实现到达方位角估计,考虑到实际麦克风的分布并不一定在X轴上,本文给出了对应的坐标变换公式,两条或是两条以上双曲线交点完成平面定位估计。双曲线是非线性方程,直接计算所有双曲线对的交点完成到达方位角的估计的方法计算量极大,本文提出了一种只需要求解一次双曲线交点就能完成到达方位角估计的改进算法,极大的降低了算法的计算量。利用双曲线的定位原理设计了一套实用的多节点定位算法,并设计麦克风阵列和放大电路,利用数字示波器采集数据,利用MATLAB处理数据实现定位算法,验证了所设计的算法。在0到360°的到达方位角角度范围内,得到了不超过3°的角度误差,在三米长两米宽的矩形区域范围内,不超过10厘米的坐标定位误差。
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