苏立娟,吴长奇,郭欣欣

(燕山大学信息科学与工程学院,河北秦皇岛066004)

0 引言

基于麦克风阵列的声源定位技术[1～4]是近些年来国内外研究的重点课题之一,国际上经过多年的研究,已经有一些实际可用的麦克风阵列系统。然而国内,基于麦克风阵列的声源定位研究工作起步较晚。虽然已经有一些企业、研究所和高校投入进来,但目前相关的算法和系统也还没有完善。

另一方面,随着时代的发展和科技的进步,嵌入式系统数据处理能力越来越强,使用它来构建小型声源定位系统得以实现。但是,这样的成品在市面上很少出现。因此研究以嵌入式小型的室内声源定位具有很重要的理论和实践意义。为此该文决定构建一套小型的声源定位系统。

1 三元阵的近场TDOA声源定位法

图1为近场三元麦克风阵列接收信号示意图。

图1 三元麦克风这列接收信号模型

设声源的坐标为S(r,θ),3个麦克风的坐标分别为(-d,0)、(0,0)、(d,0),把阵元Mic2作为参考点,阵元间距为d,声速为c,r1,r2,r3分别表示声源到3个麦克风的距离,其中r=r2,θ为r2与三元阵x轴的夹角。τ21和 τ23分别表示为阵元1和阵元3与阵元2接收信号的时延差,且满足下式,

当声源位于近场时,在由S、Mic1和Mic2以及S、Mic1和Mic3组成的三角形中应用余弦定理：

整理式(2)得到,声源到3个麦克风的距离为：

将式(1)带入式(3)得：

整理式(4)并解方程,可得到目标方位角和距离的精确估计公式：

由分析可知,只要求出时延值,就可以用此模型对近场声源进行角度和距离估计,也就是二维定位。……