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《南京信息工程大学》 2015年
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基于波束形成算法的声源定位研究及DSP实现

李贺  
【摘要】:声源定位在工业噪声定位、军事等领域具有广泛的应用,基于麦克风阵列的波束形成算法是声源定位的主要方法。基于波束形成算法的声源定位是利用传声器阵列进行声音信号的提取,然后利用波束形成算法对采集到的声音数据进行处理进而得到声音信号的位置。目前,基于麦克风阵列的声源定位系统大多使用数据采集卡,存在系统体积大、成本高和使用不便的问题。与传统的波束形成算法相比,MVDR算法自适应性强,能够在机械故障检测等信噪比低的环境下工作。但MVDR算法运算量大,难以在一般的嵌入式系统中满足实时性的特点。针对波束形成算法的数据量大,运算复杂的问题,本文选取了TI公司推出的TMS320DM642 DSP芯片,实现了由8个麦克风组成的均匀圆阵基于MVDR算法在TMS320DM642上的应用,系统具有体积小、成本低、实时性高的特点研究小型实时性高的声源定位系统对工业噪声定位以及军事等领域都具有非常深远的意义。本文介绍了噪声的概念,对基于麦克风阵列的声源定位技术进行了理论研究,分别阐述了三种常见声源定位算法的优缺点。选取波束形成算法作为声源定位系统的核心算法,对常规波束形成算法和MVD R算法进行仿真比较并进行实验验证,MVDR算法具有更高的精度。针对MVDR算法只能有效定位出180。范围内方位角的问题,利用数字相关法判断目标声源的上下界,然后对应改变阵列顺序,再运用MVDR算法进行声源定位,这样可以定位出360。范围内的方位角。相比于进行二次计算,可减少三分之一的运算量,提高系统实时性。在基于波束形成算法声源定位研究的基础上,设计了8个麦克风阵元的均匀圆形麦克风阵列进行声音信号的拾取,选取TMS320DM642和AD7606设计声源定位系统。可以对8通道声音信号进行同步采集和处理,具有16bits的采样精度和25KSPS的采样率,TMS320DM642核心处理器具有高达720MHz主频,完全满足声音信号采集和处理的要求。为了提高程序的执行效率,采用C语言和汇编语言混合编程,调用DSPLIB库函数来计算FFT,采用改进的MVDR算法。为了更直观清楚地观察到声源定位的结果,开发了上位机软件显示界面。对整个系统进行反复实验测试,实验表明,声源定位系统能够准确地进行声源定位,误差能够控制在较小的范围内,并具有小型化和实时性的特点。
【学位授予单位】:南京信息工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN912.2

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【参考文献】
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