文档介绍：分布式麦克风阵列定位方法研宄
基于麦克风阵列的声源定位技术作为监控或探测手段,对发声目标进行准确、快速
的定位,无论是在军事国防领域,还是在工业上的噪声源检测、故障定位等方面,还是
在音视频会议热点聚焦、人机交互、安全监控等日常应用中,都起着重要作用。
(1)军事国防。基于麦克风阵列的声源定位技术在军事国防领域有着重要应用,
目前其被广泛应用于军事目标探测,包括狙击手位置确定、火炮发射位置估计、飞机探
测、枪声定位、水下潜艇探测等等。针对飞机飞行时发动机会产生巨大轰鸣声这一弱点,
麦克风阵列声源定位技术可用于发现和跟踪隐身飞机,不仅方法易行可靠,而且设备简
单、造价相比于红外和雷达设备要低廉很多⑴。除此之外,还有学者研究基于分布式麦
克风阵列声源定位的相关技术与数据融合技术,对子弹弹道、武器口径、武器类别等信
息进行估计12】。
图基于麦克风阵列的军事目标探测装置
Fig. Military targets detection device based on microphone array
^2)工业应用。在工业应用方面,基于麦克风阵列的声源定位技术常用来对机械
设备进行噪声定位,如对电动汽车中电机系统噪声源进行识别I3]、对民用客机着陆过程
中的飞机噪声源进行测量分析⑷等。另一方面,也可对机械设备发射音频信号,利用无
源探测的定位技术对机械故障进行定位,这也是进一步进行故障诊断的前提。
(3)音/视频会议。随着多媒体技术、信号处理技术以及通信技术的飞速发展,人
们召开会议时,无需再拘泥于与会者必须在同一时间同一地点进行面对面交流的形式,
而是可以利用计算机、摄像机、麦克风等工具举行远程音/视频会议。将麦克风阵列应用
于这样的多媒体会议,无需给每个与会者都配备麦克风,与会者可以在房间内自由移动,
当说话人改变时也无需手动切换声音采集通道,麦克风阵列的声源定位与语音增强技术
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1绪论
麦克风是常用的声传感器。由于环境中通常存在噪声与混响,单麦克风所获得的信
号质量有限;且单麦克风仅能获取声音波形等信息,无法获得声音的空间信息。为了克
服上述局限性,人们采用麦克风阵列拾取声音信号。麦克风阵列由多个麦克风按照一定
几何拓扑结构排列组成。由于麦克风阵列可通过对所接收的多路信号进行联合的空时处
理,其不仅可以有效抑制噪声、混响等干扰,获得良好的音质,还能提供声源的空域信
息。目前麦克风阵列已广泛应用于多媒体会议、车载系统以及平板电脑、电视等消费电
子产品中。
在过去的三十年中,基于规则麦克风阵列的声信号处理技术发展迅速,并取得了许
多研宄成果,但也逐渐暴露出一些局限性,如需已知阵列几何信息,要有固定且规则(如
线形、环形等)的阵列结构。近年来,随着集成电路技术的进步和网络通信、移动计算
技术的发展,涌现出一批便携设备,如笔记本电脑、平板电脑、智能手机等,这些便携
设备通常都配有WiFi、蓝牙、音频接口等,并在日常工作生活中不断普及应用。利用
这些便携设备,可以很容易地构成ad hoc分布式麦克风阵列。一个典型的例子是,传统
的电话会议系统通常都安装在特定的会议室中,其麦克风位置固定且不易移动;而利用
笔记本电脑等便携设备,人们可在任意会议室中,通过WiFi和音频接口构建出一个廉
价方便的分布式麦克风阵列,形成分布式电话会议系统。与规则麦克风阵列相比,分布
式麦克风阵列具有以下两个优势:(1)阵列建立容易、灵活,可不必或较少地预先考
虑阵列的几何形状及尺寸,减少了建立、改变阵列的工作量;(2)整个阵列具有一定
容错性,应用适当的阵列信号处理算法,可保证个别麦克风的失效不会导致整个阵列瘫
痪,而仅是性能略有下降。
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对特定目标进行定位或探测,无论在军用还是民用领域,都具有十分重要的意义。
利用声音进行目标定位是一种非常有效的定位方式。声探测方无需发射额外的探测信
号,故声定位属于被动探测方式,具有很好的隐蔽性。基于麦克风阵列的声源定位技术
是通过分析和处理各路麦克风采集到的声音信号,获得声源的方位和距离信息。目前,
基于分布式麦克风阵列的声源定位己成为声源定位领域的一个研究热点,并处在方兴未
艾的阶段。
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大连理工大学硕士学位论文
可以实现对说话人快速、准确地聚焦,并能够有效抑制环境中的噪声。如果是视频会议,
在采用麦克风阵列声源定位技术确定说话人的位置后,可控制摄像头将其转向说话人方
向,让远端与会者也能够清楚地看到当前的说话人。
Fig. Products based o