分布式实时被动声源定位系统的研究--毕业设计开题报告.doc

毕业设计开题报告2010年 3 月 17日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1.1课题研究的背景和意义声源定位技术是利用声学与电子装置接受声波以确定声源位置的一种技术，它是一种重要的军事侦察手段。声源定位产生于第一次世界大战。开始根据火炮发出的声音测定火炮位置。其系统有多个声测哨站与声测中心组成，两者用电缆连接。声测哨根据传感器接受信号，声测中心记录信号并根据同一信号到达不同传感器的时间差计算火炮位置。随着雷达侦测技术的兴起，声定位技术曾一度遭到冷冻，法军和美军分别于70年代80年代取消了声测侦察。近年来，由于雷达面临着电子干扰、反辐射导弹、低空突防和隐身技术这四大威胁，越来越容易遭受攻击。因此，人们又开始重视被动式传感器，重新激起对声测技术的兴趣1 。声源定位作为一种传统的侦察手段，近年来通过采用新技术，提高了性能，满足了现代化的需要，其主要特点是：（1）不受通视条件限制。可见光、激光和无线电侦察器材需要通视目标，在侦察器材和目标之间不能有遮蔽物，而声测系统可以侦察遮蔽物（如山，树林等）后面的声源。（2）隐蔽性强。声测系统不受电磁波干扰也不会被无线电侧向及定位，工作隐蔽性较强。（3）不受能见度限制。其他侦察器材受环境气候影响较大，在恶劣气候条件下工作时性能下降，甚至无法工作。声测系统可以在夜间、阴天、雾天、和下雪天工作，具有全天候工作的特点9。声源定位在战场之外也同样具有广泛的应用前景，它可用于电话会议系统、视频会议系统、可是电话等系统中的控制摄像头和传声器阵列波速方向对准正在说话的人；也可用于语音及说话人识别软件的前端预处理，以提供高质量的声音信号，提高语音及说话人识别软件的识别率；亦可用于强噪声环境下的声音获取、大型场所的会议记录，以提高声音拾取质量；还可用于助听装置中，更好地为耳障患者服务等。声音是人类常用的工具，是传递和获取信息中非常重要的一种。不同物体往往发出自己特有的声音，而根据物体发出的声音，就可以判断出物体的方位。现在，人类已经进入信息化时代，声源定位技术的研究，使人们能更加有效地产生、获取和应用处理声音信息，这对于当今社会的发展具有十分重要的意义2。1.2 国内外研究现状现今使用的声源定位算法大体上基于三种声源定位原理。（1）仿双耳的声源定位原理。（2）基于到达时间差的声源定位原理。（3）基于声压幅度比的定位原理。国际上经过多年的研究，声源定位算法已经比较的成熟，已经有一些实际可用的定位系统。现在比较热门的方法式使用传声器阵列的定位方法6。在国内，近年来在声源定位方面也进行了大量深入的研究，受到国防科技重点实验室基金和国家自然科学基金的支持，并取得了一定的成果。北京理工大学、南京理工大学、西北工业大学、西北核技术研究所对该项目进行了较深入的研究。其中炮用立靶声定位系统列入国家军用标准，弹头落点定位系统和常开型胸环靶系统也已通过鉴定并列入国家军用标准。国外对声学定位系统研究较早。迄今为止，大多先进国家装备使用大多数是五六十年代研制和改进的产品。八十年代出现了以英国的帕尔斯（PALS）被动声测系统，瑞典的索拉斯6（SORAS-6）声测系统和以色列的SAR-2声测站位代表的新一代声测站系统。其主要运用与飞机侦察警报3。1.3 发展趋势为了适应现代战争需要，许多国家一直非常重视声测技术的研究。目前声测系统的主要发展趋势有以下几点：（1）采用无线传输以缩短展开时间。以前的声测系统多采用有线传输方式，需要布设很长的传输线才能把传声器与记录仪连接起来。这不适合于战场态势情况复杂，变化迅速，部队机动性强的特点。新式系统大多采用无线电传输方式，有效地避免了架设和维护传输线的困难。对于崎岖的环境，还可以利用直升机布设传感器和发射机，以缩短展开时间和节省人力。（2）重视系统的自动化。为确定目标位置，声测系统需要进行大量的数据计算、处理。在尽可能短的时间内完成数据处理，为此必须利用现代微电子技术和计算机技术分析处理信号，使声测系统能够自动化，缩短处理时间。（3）采用新式记录仪。采用可与计算机相连接的新式记录仪，通过自动信号处理解决目标大量密集情况下的侦察问题。（4）开展短基线声测系统的研究。这种声测系统可从基本上简化声测工作，缩短展开时间和器材准备时间，还可以简化信号的判读。（5）与其它传感器系统联网。声测系统与其它传感器系统（如雷达、红外探测器，电视监视系统等）联网，组成多传感器系统，对战场进行全方位、多频谱探测和侦察，获得更详细且准确的信息，从而对战场态势做出正确的判断15。声源定位系统与其它系统相比，作为第一线手段可能还是不太理想，但与其它主、被动侦测手段配合使用肯定是极佳的。它的价格很低，对军方具有很大的吸引力。可以预言，声测系统的市场前景看好。随着电子技术、计算机技术、信号处理技术、自动化技术、现代声学技术等在系统中的进一步应用，声测这一古老的侦察手段将会发展出新的活力，它必将以新的面貌和独特的功能在战场侦察上发挥重要的作用，成为一种重要的现代战场侦察系统2。参考文献：1 赵玉洁.声定位技术的现状和发展趋势J. 声学与电子工程，1993,32(4) :37412 洪我世.声源定位与声强技术的应用研究J. 武汉水运工程学院学报，1991,15(2) :45-513 鲁佳.基于传声器阵列的声源定位研究D.天津大学，20084 程翔.张河.高低四元阵定位算法及其精度分析D.南京理工大学，2006 5 Farra V. Ray tracing in complex media J. Appl Geophys, 1993,30, 30 :5573 6 林志斌.徐柏龄.基于传声器阵列的声源定位D.南京大学，20047 刘晓刚.基于四元十字阵的声被动定位研究D.南京理工大学，20058 Qin F, Luo Y, Olsen K B, et al. Finite-difference solution of the eikonal equation along expanding wavefronts J.Geophysics, 1992,57(57) :478487 .9 许可喜.被动声探测若干关键技术研究D.南京理工大学，200510 程丹.战场被动声多目标识别方法研究D.西北工业大学，200511 Wilson G R, Koch R A, Vidmar P J.J. Acoust .Soc. Am, J 1988,841, 84(1) :310-32012 靳莹,杨润泽.声测定位技术的现状研究J。电声技术，2007,31(2) :4813 NEHORAI A, PALDI E. Acoustic vector-sensor array processing J.IEEE Transactions on Signal Processing, 1994,42(2) :2481-249114 陈文聪，李杰.基于延时的被动声探测阵列综合仿真比较D.北京理工大学，200415 曹南隽 声源定位算法研究D。北京理工大学，200716 Song H C, Kuperman W A. Iterative time reversalin the ocean J. Journal of acoustical society of American. 1999,1056,105(6) :3176-318417 Vidale J E. Finite difference calculation of traveltime in three dimensions J.Geophysics, 1990,55(5) :52152618 李连华.苏五星.闫抒华.某声探测系统基阵设计分析D.空军雷达学院，2007 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 课题要求解决的问题分析室内被动声定位的难点和需要解决的问题，建立起室内声定位的二元阵列模型，采用基于小波的时延估计算法，在麦克风二元阵列的基础上实现并仿真该算法。2.2 设计思路2.2.1 二元阵列模型的建立 采用直线阵方式建立二元阵列如下图。以下图中，P点为被测声源，S为传感器。aaYS1XS2OP图1系统整体框图2.2.2 基于小波时延估计算法的描述基于小波变换的时延估计法是在广义时延估计法上的一种改进算法。连续小波变换是一种数学变换方式，当将此方法应用