基于声源定位的辅助防护微系统设计.docxVIP

PAGE 2 摘 要 　　声源定位技术是用来确定一个声音在空间中来源位置的技术。在日常生活中，我们的耳朵会听到各种声音并进行识别并确定方位，即所谓的“听声辨位”。军工领域，声源定位技术也被广泛应用，例如：狙击手可以根据子弹飞行声音，可以定位敌人位置；根据炮弹爆炸声音，可以确定炮弹落点大致坐标；军舰和潜艇使用声呐，根据敌方舰艇或武器在水中发出的声音，定位目标位置和轨迹。本文的主要任务如下： 　　1）设计并搭建了声源定位硬件系统。该系统应用MicArray麦克风阵列，接收音频信号，然后传送到Maix Bit开发板，对音频信号进行处理，计算出声音的具体方向和实际位置， 通过LED灯对声音方向进行指示。　　2）设计并搭建了辅助防护微系统。步进电机根据Maix Bit开发板处理过的声源信号带动摄像头进行定向转动，对声源区域进行人脸识别，为营区安全提供便利。 关键词： 关键词： 麦克风阵列，声源定位，防护，微系统 概述 声源定位的定义 　　声源定位，顾名思义，是确定声源在空间中的位置，包括声源在三维空间中的水平方位和垂直方位以及声源与听者距离。良好的声源定位能力能帮助人们正确判定声源位置，这是自然界人与动物的一项基本生理功能。声源定位能力是人类听觉功能的一部分，与人类的生活密切相关。对声源进行垂直方向的定位能力与双侧耳廓的频谱效应有关，在人们生活中很少遇到。　　声源水平方位的判定对我们的日常生活影响较大，方位的判定主要与声音到达双耳的时间和传到耳朵的声音强度有关。换言之，由于声音在介质中传播需要时间并且会不断消耗能量，所以，最先接收到声音信号的是靠近声源一侧的耳朵，声音强度要大一点；离声源较远的一侧耳朵晚一点听到，感知到的声音强度要比另外一侧小。大脑对双耳声音信号进行整合，最终判断声音位置。因而，当人们发生听力下降时，人耳对声音信号的感知出现偏差，进而表现为声源定位能力的下降。完整的听觉功能由声源定位能力与听敏度共同组成，两者任何一项缺失都会对听觉功能造成重大影响。 研究背景和意义 　　在信息化时代，电子设备智能化已经成为时代潮流，正在一点一滴改变着人们生活，其中，电子设备中越来越多地出现了声源定位功能，例如，拥有声源定位功能的摄像头可以自动转向会议中的发言人；交通管理上，在严禁鸣笛道路安装自带声源定位功能的摄像头，可以对鸣笛车辆进行抓拍；智能家居中的机器人，可以根据主人声音，确定主人位置，为主人提供生活服务。过去一段时间，随着雷达侦察技术的不断进步，声源定位技术的发展在一定程度上受到了制约。但是，近几年来，反雷达技术获得越来越多的突破，迫使人们不得不重新审视声源定位技术的应用价值。目前，微电子学和计算机科学不断发展，并应用于实践当中，人工神经技术，信号处理技术和自适应阵列处理技术随着深渊定位技术再次发展迅速，取得了进一步的实践应用。　　军营中，军人生活井然有序，营院安全有岗哨守卫。但是，仍有一些死角漏洞容易被人忽视，使用声源定位技术，对营院周围进行监控，并进行声源危险度识别判断，从而为营院安全增添一道防线。 论文内容安排本论文分6章对研究内容进行阐述：第一章：主要对声源定位的定义进行说明，然后对课题研究的背景意义以及现状进行综合阐述。　　第二章：首先介绍了声源定位系统选用的算法，然后，从微系统的设计要求和设计步骤两方面分析系统规划问题，最后设计出微系统实现方案。　　第三章：首先对实现声源定位的硬件系统进行简介，然后对使用到的硬件做进一步介绍，为整个系统功能的实现做好硬件准备。　　第四章：主要是对软件实现整个微系统功能做出介绍，首先对软件做出介绍，对软件使用的开发环境进行准备，最后介绍声源定位和人脸识别的实现，以及步进电机的定向转动。第五章：介绍了如何对硬件系统进行调试，实现声源定位功能。 辅助防护微系统简介 系统方案选择声源定位技术总体上可以分为两大类，即声阵列（也叫麦克风阵列或传声器阵列）声源定位和声强探头声场测试。　　麦克风阵列由数量不同的麦克风组成，少至几个多至数千个，按照一定规则排列构成。多个麦克风同步采集声音信号，通过多个麦克风之间的信号相位差，求得噪声源信号的发出位置。声强探头由两个传声器面对面组成一个组合体，可以测量空间每一点的方向和声压、声波振速大小，在被测物体表面或包络面附近扫描测试，可以得到被测物体附近的声场分布情况，从而得出噪声源位置和分布。　　麦克风阵列一般用于距离相对较远的声源定位，噪声源大小相对于麦克风阵列距离来说较小。声强探头一般用在复杂目标和环境中的声源定位。在这里采用麦克风阵列进行声源定位。 麦克风阵列的声源定位算法主要有以下几大类： 时间到达差（TDOA, Time Difference of Arrival） 　　时间到达差原理理解起来比较简单，优点在于使用少量的麦克风，就可以算出声