【正文】 311()1 ta n?? ? ?? ???? () 1 4 1 221 3 1 31 ()1 ta n ???? ? ??? ???? () 21 4 1 311()1 ta n?? ? ?? ??? ()將式 () ()聯(lián)立，代入（ ）式，得 : 2022 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 18 頁(yè) 共 38 頁(yè) 21 c o ssinC D?? ??????? ()上式表明， 對(duì)于四元十字陣，時(shí)延估計(jì)引起的方位角誤差跟聲速 C、 陣元間距 D、俯仰角 ? 以及方位角 ? 有關(guān)。設(shè) 1 1 10()x xx? ?? ， 2 2 20()x xx? ??表示 12,xx分 項(xiàng)的誤差，由于 11x x? ， 22x x? ，則（ ） 式中的高階小量可以舍去，總的合成誤差可以表示為： 0 10 20( , )y y y y f x x? ? ? ? ?1212xxffxx?????? ()同理，當(dāng) y由 m個(gè)分項(xiàng)合成時(shí)，可以得到： my xjj jfx???? ?? ()上式就是所需要的誤差傳遞公式。 2022 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 16 頁(yè) 共 38 頁(yè) 為了便于分析定向精度，首先討論誤差的合成公式。 目標(biāo) T到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為 r，方位角為 ? ，俯仰角為 ? 。 ? ? ? ?221 4 1 2 1 1 4 1 2 1 4 1 2 1 31 4 1 221 3 1 1 3 1 3 1 1 32ta n 122d d r d d d d dddyx d r d d r d?? ? ? ?????? ? ? ????? ?? 由于 11ird， i =2,3,，上式可以簡(jiǎn)化為： 2022 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 14 頁(yè) 共 38 頁(yè) 14 1213tanddd? ?? () 1 4 1 213ta n dda d? ????? ???? ()〈 2〉式減去〈 1〉式，得： 2222 2 2 131 1 1 3 14 2 4dDDr r D x r d r? ? ? ? ? ? ? () ? ? ? ?? ?222 2 222 1 3 1 1 3 1 4 1 2 1 1 4 1 22 22 2131 1 3 1221sin224d r d d d r d dxyd DrD r d r?? ? ? ? ????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?22 12 14 12 14 13 1 1212 14 13 2 22 131 13 14,1 124id d d d d r O d Dd d dd DD r d r? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? 式中 ， ? ? ? ? ? ? ? ?? ?2 22 2 2 2 2 21 1 3 1 2 1 4 1 3 1 3 1 2 1 4,2iO d D d d d D d d d d? ? ? ? ? ? ?。 設(shè)聲源到達(dá)陣元 S1 的傳播時(shí)間為 t1，到達(dá)陣元 S2,S3,S4與相對(duì)于到達(dá)陣元 S1 的時(shí)間延遲 (以下簡(jiǎn)稱時(shí)延 )分別為 12? , 13? , 14? ,則聲源傳播到 S SS4 與傳播到 S1 的聲程差分別為 12d ， 13d ， 14d ： 12 1213 1314 14dcdc?????????????? ()式中， C 為空氣速度， C=340m/s. 設(shè)目標(biāo)聲源 T 與陣元 S1 的距離為 r1,則： 11r ct? ()目標(biāo)聲源 T 以球面波進(jìn)行傳 播，所以陣元 S S S S4 分別位于 以 T 為 球心以 rr1 十 12d 、 r1+ 13d ,r1+ 14d 為半徑的四個(gè)球面上 ,因而可聯(lián)立列出方程組 如下： 2022 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 13 頁(yè) 共 38 頁(yè) 2 2 2 22 2 2 212 2 2 21 122 2 2 21 132 2 2 21 141( / 2) 2( / 2) ( ) 3( / 2) ( ) 4( / 2) ( ) 5x y z rx D y z rx y D z r dx D y z r dx y D z r d? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ()測(cè)量時(shí)延 12? 、 13? 、 14? ， 即可知程差 12d 、 13d 、 14d ，再通過(guò)解方程組 (), 可得目標(biāo)的位置坐標(biāo) （ x,y,z） 。線陣的陣元間距為 D，以兩線陣的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立如圖 所示的直角坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系。因此，要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，至少需要四個(gè)陣元組成的聲傳感器陣列。立體陣可以對(duì)整個(gè)空間進(jìn)行定位，但其算法要復(fù)雜的多。 利用聲信號(hào)到達(dá)傳聲器間的時(shí)間差 (時(shí)延值 )進(jìn)行目標(biāo)定位的基本原理 見(jiàn)表達(dá)式所示： ? ? ? ? ? ? 2 2 22 2 2x x y y z z x x y y z z ci i i j j j i j?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 式中 ? ?,x y z — 一代表目標(biāo)信號(hào)的位置坐標(biāo)； ? ?,x y zi i i ， ,x y zj j j??????—— 代表陣列中傳聲器 i 和傳聲器 j 的位置坐標(biāo)； c —— 聲波在媒質(zhì)中的傳播速度； ij? —— 表示聲波傳播到傳聲器 i 和傳聲器 j 之間的時(shí)間差，即時(shí)延值。若按照傳聲器陣列的排布方式，有直線定位法、平面三角定位法、平面圓形定位法、平面正方形定位法和球面三角形定位法等。 被動(dòng)聲目標(biāo)定位就是指?jìng)髀暺鞴ぷ髟诒粍?dòng)狀態(tài)方式下，利用目標(biāo)發(fā)射出的噪聲信號(hào)對(duì)目標(biāo)位置進(jìn)行估測(cè)。聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，其振幅隨傳播距離的增大而減小的現(xiàn)象，就稱為聲波的衰減。通常所使用的級(jí)的單位是分貝，符號(hào)表示為 dB。 在平面波聲場(chǎng)中，聲能密度可表示為 : 22rmsPD c?? ()式中 rmsP —— 有效聲壓； ? —— 空氣 度； c —— 空氣中聲波傳播速度，即聲速； 2022 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 8 頁(yè) 共 38 頁(yè) (4) 聲學(xué)量的級(jí) 在聲學(xué) 中，直接使用聲壓、聲強(qiáng)和聲功率是極不方便的，為此，引入了 “級(jí)” 的概念，來(lái)表示聲音的強(qiáng)弱。 (2) 聲強(qiáng)和聲功率 聲強(qiáng)是指在垂直于聲波傳播方向上，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的聲能；其單 位為：2/Wm； 而且聲強(qiáng)越大，說(shuō)明聲音越強(qiáng)。通常釆用的聲壓有瞬時(shí)聲壓、峰值聲壓和有效聲壓。具體體現(xiàn)在：聲壓、聲強(qiáng)、聲功率以及聲能密度等。在聲波探測(cè)技術(shù)中 ,習(xí)慣上將聲波和超聲波統(tǒng)稱為聲波。當(dāng)這種擾動(dòng)表現(xiàn)為彈性變形時(shí)，就視其為以彈性波的形式傳播信息。 (1) 空氣的密度 空氣密度可根據(jù)表達(dá)式（ ）來(lái)計(jì)算 52 7 3 .21 .2 9 1 .0 1 3 1 0PT? ? ? ? ? ()式中 T—— 絕對(duì)溫度（ K）； P—— 大氣壓強(qiáng)（ Pa）； (2) 聲速 對(duì)于理想氣體而言，聲波的傳播速度可表示為 (2 7 3 )Rtc ????? () 式中 ? —— 氣體摩爾質(zhì)量 ? —— 比熱比 對(duì)空氣來(lái)說(shuō)， ? =， ? =29 310? 千克 /摩爾； R 為氣體常數(shù)，可表示為 R=焦耳 /(開(kāi)爾文 第三章論述了基于時(shí)延估計(jì)的聲源 定位算法 ，推導(dǎo)出了四元、五元十字陣的聲源定位方程；并對(duì)四元和五元兩種十字陣的定位精度進(jìn)行了理論分析和仿真對(duì)比。在現(xiàn)有的麥克風(fēng)陣列聲源定位方法中，基于到達(dá)時(shí)間差 (TDOA)估計(jì)定位法計(jì)算量較小，硬件成本較低，定位精度 較高，同時(shí)也易于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，是目前聲源定位法中常用的方法。 基于麥克風(fēng)陣列的聲源定位在視頻會(huì)議、聲控機(jī)器人、車載電話系統(tǒng)和語(yǔ)音導(dǎo)航系統(tǒng)、智能空間中的人機(jī)交互、聲源 的實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)控等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音采集系統(tǒng)能在多種環(huán)境下（混響、噪聲、競(jìng)爭(zhēng)聲源、說(shuō)話者運(yùn)動(dòng)）為后繼的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)和編碼系統(tǒng)等 提供高質(zhì)量的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，而且還能定位聲源位置和跟蹤聲源運(yùn)動(dòng)。聲測(cè)基線采用直線，弧線，正方形等多種形式。其它偵察器材受環(huán)境氣候影響較大?？梢?jiàn)光，激光和無(wú)線電偵察器材則需要通視目標(biāo)，在偵察器和目標(biāo)之間不能有遮蔽物，而聲測(cè)系統(tǒng)可以偵察遮蔽物〔如山，樹(shù)林等〕后面的聲源。隨著雷達(dá)、紅外、激 光偵察技術(shù)的興起，聲測(cè)技術(shù)曾一度受到冷落。 進(jìn)行利用聲探測(cè)技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別、跟蹤和定位最早見(jiàn)于聲吶，由于電磁波在海水中的傳播衰減很大，作用距離受到限制，因此，聲波被廣泛用于水下目標(biāo)的探測(cè)。 發(fā)展趨勢(shì) 聲源定位技術(shù)是利用聲學(xué)與電子裝置接收目標(biāo)聲場(chǎng)信息以確定目標(biāo)聲源位置的一種技術(shù)，能夠用于探測(cè)武裝直升機(jī)、坦克、火炮等軍事目標(biāo)的位置，是一種重要的軍事偵察手段。 和平與發(fā)展是當(dāng)今世界的兩大主題，但世界并不太平，一些局部戰(zhàn)爭(zhēng)不斷發(fā)生。采用聲復(fù)合引信的反直升機(jī)、反坦克智能雷彈系統(tǒng)具有獨(dú)立自主的作戰(zhàn)能力。這種聲源定位技術(shù)主要可以分成 3 類 :第一類是基于最大輸出功率的可控波束形成技術(shù)，當(dāng)傳聲器陣列探測(cè)到信號(hào)時(shí)，對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行加權(quán)求和形成波束，直到得到具 有最大輸出功率的波束為止；第二類是高分辨率譜估計(jì)技術(shù)，這類技術(shù)需要利用傳聲器陣列所獲取的信號(hào)計(jì)算空間譜的相關(guān)矩陣，運(yùn)算量大，定位不準(zhǔn)確，在實(shí)際操作過(guò)程中很少采用；第三類是基于聲達(dá)時(shí)間差 (time difference of arrival , TDOA) 的定位技術(shù)，利用到達(dá)陣列上各傳聲器的聲音信號(hào)間的時(shí)間差未定位聲源，這類技術(shù)計(jì)算量小，比較適用于實(shí)時(shí)處理，在實(shí)際應(yīng)用中占有很大的比重 [2]。然而，當(dāng)車中坐有多個(gè)說(shuō)話人時(shí)，語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)就無(wú)法辨別實(shí)際命令的來(lái)源，此時(shí)就需要一種定位系統(tǒng)來(lái)提取駕駛員方位的語(yǔ)音，進(jìn)而對(duì)其命令作出響應(yīng)；助聽(tīng)器的出現(xiàn)為有聽(tīng)覺(jué)障礙的殘疾人提供了幫助，基于陣列的語(yǔ)音增強(qiáng)技術(shù)利用聲源的位置信息進(jìn)行空間濾波，可以進(jìn)一步抑制除說(shuō)話人以外的其他方向的噪聲，使得助聽(tīng)器話音更加清晰。 傳統(tǒng)的單個(gè) 麥克風(fēng) 的拾音范圍很有限，拾取信號(hào)的質(zhì)量不高，繼而提出了用 麥克風(fēng) 陣列進(jìn)行語(yǔ)音處理的方法 ， 它可以以電子瞄準(zhǔn)的方式對(duì)準(zhǔn)聲源而不需要人為的移動(dòng) 麥克風(fēng) ，彌補(bǔ)單個(gè) 麥克風(fēng) 在噪聲處理和聲源定位等方面的不足， 麥克風(fēng) 陣列 還 具有去噪、聲源定位和跟蹤等功能，從而大大提高語(yǔ)音信號(hào)處理質(zhì)量。 聲源定位技術(shù)在視頻會(huì)議、語(yǔ)音識(shí)別和說(shuō)話人識(shí)別、目標(biāo)定位和助聽(tīng)裝置等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。例如，在視頻會(huì)議中，通過(guò)聲源定位技術(shù)控制攝像頭，使其自動(dòng)轉(zhuǎn)向感興趣的說(shuō)話人方向；對(duì)于高速行駛的車輛，為避免駕駛員用手去接聽(tīng)電話，車載免提電話應(yīng)運(yùn)而生 [1]。用于聲源定位的傳聲器陣列具有很強(qiáng)的空間選擇性，不需要移動(dòng)傳聲器就可以獲得移動(dòng)目標(biāo)的聲音信號(hào)，并且能夠在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)聲源的自適應(yīng)檢測(cè)、定位及跟蹤。美英等國(guó)研制的聲智能雷彈系統(tǒng)，就是采用了這一思想來(lái)對(duì)付超低空飛行的直升機(jī)。發(fā)展這種系統(tǒng)的關(guān)鍵在于，研制一種聲或聲復(fù)合引信，而聲陣的布設(shè)方法及目標(biāo)定位、跟蹤方法的研究是聲引信的核心。研究聲源定位技術(shù)，加強(qiáng)我軍反直升機(jī)、反坦克武器系統(tǒng)的裝備水平，對(duì)我國(guó)的國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)具有重要意義。主動(dòng)聲定位系統(tǒng)容易暴露 自己，被對(duì)方發(fā)現(xiàn)，影響系統(tǒng)自身的安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在第二次世界大戰(zhàn)和朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)中有 75%的火炮偵察任務(wù)是利用聲測(cè)手段完成的。聲測(cè)系統(tǒng)作為一種傳統(tǒng)的偵察手段，近年來(lái)通過(guò)釆用新技術(shù)，提高了性能，滿足了現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，其主要特點(diǎn)是：（ 1)不受通視條件的限制。（ 3）不受能見(jiàn)度限 制。現(xiàn)有的聲測(cè)