声源定位系统-开题报告.doc

燕山大学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称： 声源定位系统 学院（系）： 信息科学与工程学院 年级专业： 12级电子信息工程 学生姓名： 陈坤朋 指导教师： 练秋生教授 完成日期： 2016/3/18 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义与许多技术一样，声源定位技术也是率先被应用于军事领域。早在第一次世界大战期间，人们就开始利用火炮发射时的响声来测定敌方火炮的方位。随着科学技术的飞速发展，人们对声源定位的需求也在日益提高，声源定位的测量范围与定位精度都有了很大程度的提高，其应用领域也随之扩展。除了在军事领域继续大展身手以外，声源定位技术还被广泛应用于电视电话会议，工业降噪，安防系统，机器人听觉等领域。二十世纪八十年代以来，声源定位技术逐渐成为一项研究热点，世界各国纷纷投入大量人力、物力从事这方面的研究，科研成果如雨后春笋，层出不穷1。在硬件方面，麦克风阵列在声音采集领域中得到了广泛应用，通过处理采集到的阵列信号，人们可以提取目标声源的空间特征信息。麦克风阵列是由多个麦克风构成的，有一定几何形状的阵列。它可以同时采集空间中不同位置的声音信号具有很强的空间选择性，较强的干扰抑制能力，可以灵活地进行波束控制2。在声源定位技术方面，国外的起步要早于国内，当时被广泛应用的领域是军事领域。到目前，安装并正在使用声探测系统的国家有美国、以色列、日本和瑞典等等。广泛应用的声探测系统有AEWS声探测预警系统生产于以色列拉斐而公司，Helisearch直升机声探测系统生产于瑞典，PALS定位系统生产于美国的ISC公司。声探测技术的原理是通过微小基阵传声阵列被动的检测具有明显特征的声音信号的方位和距离。而且，受基阵阵元间距严重的限制了小基阵探测的精度，为了能够自由改变阵元间距，采用了小型基阵，其精度高达1米数量级。该技术的实现，使得单兵头盔式声测定位系统和车载声探测小基阵等在国外的军事领域中备受青睐3。国内对这方面的研究起步较晚，理论研究与实际应用都还比较落后。目前，电子科技大学等高校对基于麦克风阵列的近场三维定位算法进行了理论研究，并准备在硬件上实现4。泛华测控推出了基于8*8麦克风阵列的噪声定位分析系统。不过总的来说，国内的研究大都处于实验室阶段，与工程应用阶段还有一定的距离。因此，在市场上，面向民用的声源定位的产品并不多见。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题1.基本内容声源定位技术研究涉及声学、信号检测、数字信号处理、电子学、软件设计等诸多技术领域，在诸多军用和民用西东中具有极其重要的意义，对军事系统中，它有助于武器的精确打击，为最终摧毁对方提供有力保证；就民用系统来说，可以为目标提供可靠的服务，起到安全保障作用。声源定位技术具有被动探测方式、不受通讯条件干扰、可全天候工作的特点，但因为声源定位环境的复杂性，再加之信号采集过程中不可避免的给语音信号掺进了各种噪声干扰，都是的定位问题成为了一个极具挑战性的研究课题。本次研究得基本内容：设计一个基于单片机的声源定位系统，采用了麦克风阵列定位的方式利用时延估计技术对二维平面内的声源信号进行定位。系统包括：声响模块、接受模块、信号处理模块。2.拟解决的主要内容本次设计主要解决的问题是利用单片机定位生源的位置。声源发出声音，麦克风阵列接收后发送给信号处理模块，信号处理模块根据广义互相关算法计算声源位置，显示在显示屏上。三、研究步骤、方法及措施1.查阅资料，了解硬件的工作流程如图3-1所示接收模块声响模块接受模块（51系列单片机）图3-1硬件系统流程图2.系统软件实现声源定位系统的实现程序的基本流程图如图3-2所示:开始初始化采集卡初始化成功NY读取数据时域滤波到达时间差计算时间差正常Y坐标的计算与输出返回坐标的计算与输出图3-2程序流程图从程序流程图中可知，系统的软件主要包括:初始化子程序，数据读取子程序，时域滤波子程序，时延估计子程序以及坐标的计算与输出子程序。四、设计方案对比方案1：基于51系列单片机51系列单片机具有完整的按位操作系统；具有乘法及除法指令，方便编程；具有二进制十进制的调整指令，方便十进制的计量；I/O脚的设置及使用方法简单。方案2：基于MSP430系列单片机MSP430系列单片机具有强大的数据处理能力，飞快的运行速度、功能耗量非常低、具有很多片内资源、高效便利的开发环境。方案对比：对比项目方案1方案2经济成本单片机开发板已有，成本低没有相应开发板，成本高技术局限性简单困难功耗大小低很低工艺要求简单一般技术难度简单困难对社会可持续发展的影响无无对健康的影响很小很小对安全的影响很小很小是否符合法律规定是是对文化的影响有利有利对环境的影响小小现有技术储备高无五、研究工作进度第14周查阅资料和总体方案设计第57周电路设计第812周硬件调试及软件编程第1314周软件调试及系统联调第1517周撰写论文六、主要参考文献1 朱广信，陈彪，金蓉，基于传声器阵列的声源定位J，电声技术，2003，(1):34-372 韩纪庆，张磊，郑铁然，语音信号处理M，北京:清华大学出版社，20043 于镇江，拟人机器人听觉跟踪系统的研究：D，天津：河北工业大学硕士学位论文，20064 居太亮，邵怀宗，彭启琼，近场声源三维定位MUSIC算法研究J.电子测量与仪器学报，2007,21(1):44-48.5 李文,夏秀渝,何培宇,李源基于麦克风阵列的近场声源定位四川大学学报(自然科学版)，2008年4月，第45卷第2期6 崔玮玮，曹志刚，魏建强，声源定位中的时延估计技术J数据采集与处理，2007，22(1)：91-98.7 陆晓燕基于麦克风阵列实现声源定位硕士学位论文，大连理工大学，200313马雯，黄建国LMS自适应时延估计法在被动定位系统中的应用研究J船舶工程2000，6：50-5