【正文】 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目： 起重機(jī)力臂安全測(cè)試系統(tǒng) 二級(jí)學(xué)院： 延陵學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 班級(jí)： 10信Y1 學(xué)生姓名： 胡佳楠 學(xué)號(hào)： 10120515 指導(dǎo)教師： 張建生 職稱： 講師 評(píng)閱教師： 職稱： 2014 年 6月I摘要摘 要聲目標(biāo)識(shí)別是目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)中的重要的組成部分，隨著未來逐漸發(fā)展起來的信息領(lǐng)域戰(zhàn)場(chǎng)，相關(guān)技術(shù)研究得到主要是各大科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)學(xué)府的緊密關(guān)注，并且取得了一些成就。尤其是仿生學(xué)理論、信號(hào)學(xué)處理理論、人工智能技術(shù)的發(fā)展理論及厚膜的集成工藝，在聲目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)層面上實(shí)現(xiàn)并且提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，但對(duì)于信號(hào)的特征提取以及分類識(shí)別等重要的疑問之處，還是顯現(xiàn)了研究層面的不足。本文就以上問題，針對(duì)聲目標(biāo)信號(hào)識(shí)別過程中的關(guān)鍵技術(shù)和算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了相關(guān)研究。本設(shè)計(jì)綜上結(jié)合了現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理理論的方法，對(duì)實(shí)際采集的目標(biāo)聲信號(hào)進(jìn)行理論調(diào)研和算法上的驗(yàn)證，包括車輛信號(hào)源的產(chǎn)生機(jī)理理論分析，目標(biāo)聲信號(hào)的特性分析、線性預(yù)測(cè)特征提取以及分類識(shí)別。其中，在目標(biāo)聲信號(hào)的特性分析的環(huán)節(jié)上進(jìn)行了比較詳細(xì)的理論分析和計(jì)算機(jī)MATLAB軟件的測(cè)試觀察；在特征提取環(huán)節(jié)采用了線性預(yù)測(cè)（LP）算法提取目標(biāo)聲信號(hào)的特征，在綜合理論分析的基礎(chǔ)上，調(diào)整算法中的參數(shù)設(shè)置，并且通過使用MATLAB軟件來測(cè)試驗(yàn)證；在分類識(shí)別環(huán)節(jié)采用了基于聚類思想的最小歐氏距離識(shí)別法以及觀察分析研究能量法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于汽車、卡車、摩托車以及公交車四類目標(biāo)聲信號(hào)線性預(yù)測(cè)算法和能量法的有效分類與識(shí)別。關(guān)鍵詞：聲目標(biāo)識(shí)別；特性分析；特征提取；分類識(shí)別；MATLABAbstractAcoustic target identification is an important part for the target detection system, with the ing of information battlefield, some related technologies have been paid attention by every scientific research institution and colleges or universities, and the stage achievement has been obtained. Especially the development of bionics theory, signal processing theory, artificial intelligence theory and integration process of thick film provide the effective technological support for realizing the acoustic target identification system. However, researches are insufficient for these key problems such as pretreatment, feature extraction and classifier. For these problems above, the key technology of acoustic target signal identification and the implementation of hardware algorithm have been studied.This design based on the bination of methods of modern digital signal processing theory, acoustic signal to actual acquisition target, carries on the theory research and validation of the algorithm, including the theoretical analysis of mechanism of vehicle source and target characteristics of the acoustic signal analysis, linear prediction feature extraction and classification recognition. Among them, the target segment on the analysis of the characteristics of acoustic signal has carried on the paratively detailed theoretical analysis and MATLAB puter software test observation。 In feature extraction process using the linear prediction (LP) algorithm to extract the target characteristic of the acoustic signal, on the basis of the prehensive theoretical analysis, adjust the parameter Settings in the algorithm, and through the use of MATLAB software to test the validation。 Link is adopted in classification and recognition based on clustering, the minimum Euclidean distance method of identification and the analysis of the observation study energy method, and implements for cars, trucks, motorcycles, buses, and four classes target acoustic signal linear prediction method and energy method of efficient classification and recognition. Key words : acoustic target identification。 characteristic analysis。 feature extraction。 classification and identification。 MATLAB目錄目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 選題的背景及依據(jù) 1 課題研究的目的及意義 2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 4 論文主要工作 4 論文內(nèi)容結(jié)構(gòu)安排 5第2章 車輛聲目標(biāo)信號(hào)特性分析 6 聲目標(biāo)信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)組成 6 聲目標(biāo)信號(hào)傳播過程 6 傳播模型 6 傳播過程中的聲衰減 7 聲目標(biāo)輻射產(chǎn)生機(jī)理 7 聲目標(biāo)信號(hào)分析 8 本章小結(jié) 9第3章 基于MATLAB算法的特征提取 10 MATLAB簡(jiǎn)介 10 MATLAB的語(yǔ)言特點(diǎn)、功能特點(diǎn)簡(jiǎn)介 10 MATLAB語(yǔ)言特點(diǎn) 10 MATLAB功能特點(diǎn) 11 特征提取概述 11 線性預(yù)測(cè)理論簡(jiǎn)介 12 車輛聲目標(biāo)信號(hào)線性預(yù)測(cè)（LPC法）分析 12 汽車聲目標(biāo) 12 卡車聲目標(biāo) 15 摩托車聲目標(biāo) 18 公交車聲目標(biāo) 20 結(jié)論分析 23 本章小結(jié) 23第4章 基于聚類思想的歐氏距離識(shí)別法 24 聚類分析簡(jiǎn)介 24 系統(tǒng)聚類分析思想與步驟理論 24 距離測(cè)度 25 建立聲目標(biāo)訓(xùn)練庫(kù) 26 訓(xùn)練結(jié)果與性能分析 27 車輛聲目標(biāo)識(shí)別 28 識(shí)別原理 28 識(shí)別結(jié)果分析比較 28 結(jié)論分析 31 本章小結(jié) 31第5章 總結(jié)與展望 32 工作總結(jié) 32 研究展望 32參考文獻(xiàn) 34致 謝 36附 錄 1第1章 緒論第1章 緒論 選題的背景及依據(jù)隨著武器新式裝備的逐步向著微型化、智能化的方向發(fā)展的大趨勢(shì)，戰(zhàn)場(chǎng)的敵我分辨技術(shù)和精確打擊控制識(shí)別成為新的研究方向，聲目標(biāo)識(shí)別技術(shù)成為軍事等等智能系統(tǒng)的學(xué)科。由于有較高隱蔽性，被動(dòng)的探測(cè)技術(shù)在軍事領(lǐng)域受到人們的高度重視。運(yùn)用于飛機(jī)、戰(zhàn)車、火炮等等軍事領(lǐng)域目標(biāo)物體的GPS定位、預(yù)警、分類、敵我識(shí)別以及跟蹤探測(cè)。自從80年代時(shí)期的到來，攻擊型直升機(jī)、隱形轟炸機(jī)等等高新武器的完整迅速發(fā)展和反光電、反輻射、反電磁武器以及裝備的超級(jí)規(guī)模使用，尤其是數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)化技術(shù)的突破性質(zhì)的大發(fā)展，使以往的聲目標(biāo)探查科學(xué)技術(shù)獲得了嶄新的生命力。各國(guó)家在綜合了紅外信號(hào)、磁信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)及聲信號(hào)等等物理信號(hào)場(chǎng)的研究領(lǐng)域投入了不少科技力量，最終目的就是要實(shí)現(xiàn)對(duì)于特定好的目標(biāo)的敵我分辨、精確定位、類型識(shí)別、實(shí)時(shí)跟蹤、自動(dòng)警戒以及態(tài)勢(shì)評(píng)估等等功能。不得不承認(rèn)，聲目標(biāo)探測(cè)識(shí)別技術(shù)與聲目標(biāo)定位技術(shù)都是聲探測(cè)這個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)、核心技術(shù)。目前較多使用在聲目標(biāo)探測(cè)識(shí)別上的是基于傳統(tǒng)模式的識(shí)別的方法，它是通過提取聲目標(biāo)信號(hào)中的某一些特征來進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，其識(shí)別分類的基本思想是：把屬于某一種模式的目標(biāo)，通過一定的數(shù)學(xué)算法，歸屬到適當(dāng)?shù)念悇e之中的某一類當(dāng)中?，F(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理、人工智能運(yùn)用、無線網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域技術(shù)、信息論、厚膜集成技術(shù)及其他各種相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)和綜合發(fā)展，為聲信號(hào)的目標(biāo)探測(cè)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)層面的支持。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的持續(xù)高速發(fā)展，包括了現(xiàn)代譜分析的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，獲得了極大的快速發(fā)展。近幾年來，小波變換等的出現(xiàn)，又給數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的技術(shù)增添了新活力?，F(xiàn)代譜分析是通過建模法，計(jì)算其模型參數(shù)，通過建立好的模型，得到需要的信號(hào)譜。小波分析理論的出現(xiàn)，被稱為信號(hào)處理領(lǐng)域里繼快速傅里葉變換（FFT）之后，又一盞標(biāo)志性的里程碑，小波能量理論法理所當(dāng)然成為一種比較有效的分析手段。仿生技術(shù)伴隨著生物學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)、控制論、物理學(xué)、工程學(xué)等等學(xué)科的發(fā)展，一躍而起成為又一新興的學(xué)科，它通過對(duì)各種生物系統(tǒng)所擁有的功能原理與作用機(jī)理，作為生物模型，進(jìn)行密切研究，從而實(shí)現(xiàn)了新的技術(shù)設(shè)計(jì)，并制造出了更好的設(shè)備以及機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)。數(shù)學(xué)理論中的聚類分析理論（本文著重介紹最小歐式距離法）在數(shù)據(jù)挖掘中也是相當(dāng)重要的一方面，通過分組、聚類，得到具有一定相似特性的目標(biāo)，同時(shí)，分析目標(biāo)的共同特征。上述方法、理論與嵌入式硬件系統(tǒng)平臺(tái)緊密結(jié)合，必將使得系統(tǒng)擁有更好的微結(jié)構(gòu)、高智能特性?，F(xiàn)代譜分析、小波分析、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、仿生技術(shù)以及其他各種相關(guān)技術(shù)的持續(xù)快速發(fā)展，使對(duì)于特定目標(biāo)信號(hào)的高效提取、探測(cè)識(shí)別成為了現(xiàn)實(shí)。 課題研究的目的及意義本課題源自于2011年常州工學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目《基于聲特征提取的公路車型識(shí)別研究與實(shí)現(xiàn)》。高速公路在我國(guó)的綜合交通運(yùn)輸體系當(dāng)中發(fā)揮著十分重要的作用，但是其在運(yùn)行過程之中，存在擁擠、環(huán)境污染、安全等等問題，特別是近些年來，交通需求量持續(xù)高速增長(zhǎng)，問題態(tài)勢(shì)不容樂觀，使得公路愈發(fā)擁擠、阻塞愈發(fā)嚴(yán)重，城間高速公路事故頻頻發(fā)生。這時(shí)候，可以看到，智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)高速公路上車輛交通流量的檢測(cè)并實(shí)時(shí)采集相關(guān)信息數(shù)據(jù)，其無論是在交通引導(dǎo)方面，交通信號(hào)控制方面，還是在公路管理方面、電子收費(fèi)等等領(lǐng)域，都有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。交通流量是衡量某地交通發(fā)展?fàn)顩r的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其觀測(cè)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性能夠直接影響到公路網(wǎng)的規(guī)劃布局以及安排和建設(shè)。精確的探測(cè)識(shí)別和統(tǒng)計(jì)汽車、卡車、摩托車等等其他各種車型的交通流量，能夠預(yù)測(cè)出未來在該道路上的交通量，能夠及時(shí)采取比較有效的措施來維護(hù)公路安全，比如在重型車流量較大的公路段，可以通過提高收費(fèi)或者建設(shè)新路等措施，以達(dá)到降低維護(hù)成本，延長(zhǎng)公路使用壽命等等。目前亟待解決的重要問題，就是建立現(xiàn)代化高速公路系統(tǒng)，以確保高速公路的通暢和安全。在智能交通系統(tǒng)眾多的交通信息之中，交通流特征參數(shù)的信息是尤其根本的。交通管理部門制定政策、采取相應(yīng)措施和對(duì)交通設(shè)施進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)的最是科學(xué)、客觀的依據(jù)即交通流量特征參數(shù)的檢測(cè)數(shù)據(jù)。通常根據(jù)美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校ITS中心出版的雜志“PATH”中提供的分類依據(jù)，交通流特征參數(shù)可以分為：●交通安全性。ITS提高交通安全其中的措施之一，就是及時(shí)有效地監(jiān)測(cè)交通危險(xiǎn)因素，以確定那些需要救助、幫扶的出行者。交通危險(xiǎn)因素是指“車際沖突”（例如撞車因素或者是在交通流中某輛車發(fā)生的突然拋錨）和“人際沖突”（例如搶劫或騷擾）?！褴囕v計(jì)數(shù)及車型識(shí)別。這個(gè)是交通流量的基本特征參數(shù)，可以直接反映出道路的擁擠程度、使用效率以及各種功能的車輛在整個(gè)交通網(wǎng)的分布狀況?！袷鹿蕶z測(cè)。ITS其中目的之一，就是降低交通事故量及其影響力，因此事故檢測(cè)也是系統(tǒng)檢測(cè)的任務(wù)?！褴囕v行駛的時(shí)間與速度。出行燃料費(fèi)用、事故幾率、環(huán)境狀況和司機(jī)操作情況（比如是否疲勞、車輛行駛操作熟練程度等等）都是將要影響車輛行駛時(shí)間與速度的十分重要的因素。是否出行以及什么時(shí)候、什么地段、以什么交通方式外出等等由每個(gè)人估算路上時(shí)間從而來決定好。因此，車輛行駛時(shí)間與速度才集