【正文】 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 1 0 2 0( , )y y y y f x x? ? ? ? ?1212xxffxx?????? ()同理，當 y由 m個分項合成時，可以得到： my xjj jfx???? ?? ()上式就是所需要的誤差傳遞公式。 俯仰角精度分析及仿真 對于 俯仰角 ? ，跟上述類似可得公式： 2 2 21 2 1 3 1 4( ) ( ) ( )? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ()對公 式 ()求偏導(dǎo)數(shù)得 : 212 14212 142132132 ()sin 22sin 2CDCD?? ??? ? ?? ???? ??? ? ? ?? ???? ?? ?? ?? ()將方程組 ( 代入式 ()有 : 22 221 2 1 4 1 32 1 s i n2 2 ( )s i n 2 c o sCCDD?? ? ???? ? ? ? ??? ?? ? ? ? () 上式表明，對于四元十字陣，時延估計引起的俯仰角誤差跟聲速 C、陣元間距 D、方位角 ? 和俯仰角 ? 均有關(guān) 。 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 22 頁 共 38 頁 圖 不同目標距離時的時延估計誤差 由上圖可知， 目標距離估計誤差還與時延估計誤差有關(guān)，上圖是在 時延 估計誤差分別為 1us,5us 時 ，不同的目標距離下對目標距離估計誤差的仿真。 對 于 給定的時延估 計精度，隨陣 元間距 的增大，方位角估計精度提高 ；且目標俯仰角越大，方位角估計的均方根誤差越小，精度也越高。 圖 不同目標距離時的時延估計誤差 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 28 頁 共 38 頁 由上圖及式（ ）可知，目標距離估計誤差還與時延估計誤差有關(guān)，上圖是在目標距離估計誤差分別為 , 時 ，不同的目標距離下對時延估計誤差的仿真。 針對試驗中陣列傳感器布設(shè)中存在的問題，本文提出了任意多元陣列定位模型 [14]，利用最小二乘法的估計特性，解決迭代法的初始值問題，以提高定位精度。 2 2 2( ) ( ) ( ) ( )i i i ix x y y z z c t t? ? ? ? ? ? ? ()對于線性組合的方程組 ()(式中 n5)，利用最小二乘法求解 [16]。 假設(shè)空間任意分布的 N元傳感器陣列 ( 0 1 2,P PP ?? nP )， 其空間相互位置已知并且在同一坐標系中，如圖（ ）所示。 圖 D=3m,r=100m， 5??? us 時，五元十字陣的 目標距離估計 精度 由上圖可知，在 時延估計誤差、陣元間距及目標距離一定時，目標距離估計精度與俯仰角有關(guān)，而與方位角無關(guān)。 俯仰角精度分析及仿真 同理 ，根據(jù) 220 1 0 3 0 2 0 4sin ( ) ( )CD? ? ? ? ?? ? ? ?，可求得俯仰角對各時延的偏導(dǎo)數(shù)為： 20 1 0 320 1 0 320 2 0 420 2 0 42 ()si n 22 ()si n 2CDCD?? ??? ? ??? ??? ? ?? ??? ? ? ?? ???? ??? ? ? ? ?? ??? ()因此俯仰角方差同時延方差之間的關(guān)系式可表示 為： 2 2 2 20 1 0 2 0 3 0 4( ) ( ) ( ) ( )? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 22cosCD ???? () 圖 不同陣元間距下的俯仰角估計誤差 由 上 圖 可知 ,目 標俯仰角的估計精度 與 陣 元間距及 目標俯仰角 有關(guān)，而與方位角無關(guān)。 圖 D=3m,r=100m， 1??? us 時，五元十字陣的 目標距離估計 精度 由上圖可知，在時延估計誤差、陣元間距及目標距離一 定時，目標距離估計精度還與方位角有關(guān)，方位角越大時，目標距離定位精度稍有降低，但對其影響不大。對于給定的時延估計誤差， 陣元間距越大，方位角估計的標準差越小，精度越高； 方位角越大， 俯仰角估計的標準差越大，定位 精度 越低 ； 同樣 俯仰角越大，定位精度 也 越低。因此，xji? xki? 也是隨機變化的，當 n?? 時， ()式的第二項趨近于零。同理，可以得到其目標定位方程為： 0 2 0 40 1 0 3ta na ??? ?????? ????? () ? ? ? ?220 1 0 3 0 2 0 4a r c s i n CD? ? ? ? ???? ? ? ? () 2 2 2 2 2 20 1 0 2 0 3 0 40 1 0 2 0 3 0 4( ) 24 ( )CDr C? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? () 四元陣列的定位精度分析及其仿真 由十字陣的目標定位方程可知，十字陣被動聲定位系統(tǒng)的定位精度跟空氣聲速 C、陣元間距 D和時延估計精度有關(guān)，其中時延估計精度是影響被動聲定位精度的關(guān)鍵因素。 將〈 3〉、〈 4〉、〈 5〉式分別與〈 2〉式相減，得： ? ?? ? ? ?2 2 212 14 13113 12 14213 1 132214 12 1 14 1222222d d drd d dd r dxDd d r d dyD? ???????? ?????? ? ? ?? ??? ()如圖 所示，直角坐標系下目標聲源 T 的位置坐標 (x,y,z)與球坐標系下的位置坐標 (r, ? ,? )的關(guān)系式為： sin cossin sincosxryrzr????????????? ()式中， 0 90??? ? ? ,0 360??? ? ? 。本章推導(dǎo)了四元十字陣的目標定位方程以及五元十字陣的定位算法。采用的傳聲器陣列可分 為線陣、面陣和立體陣。對線型陣列來說，它只能對以陣列所在直線為界的半個平面進行目標定位，確定目標的二維參量，否則 無唯一解；并且當目標位于線型陣列的端射方向時，線型陣列將失去測距的能力；平面陣列不僅可以對整個平面進行目標定位，同時也可以對陣列所在平面為界的半個空間進行定位，確定目標的三維參量；立體陣列則可以對整個空間進行定位，但其定位算 法比較復(fù)雜。波陣面為平面的波稱為平面波，并且此波陣面具有與聲傳播方向的垂直平面相平行的特征；在不考慮介質(zhì)吸收波能量的情況下，即在理想媒質(zhì)中，聲壓不隨著聲源距離的變化而變化，即此時的聲壓為恒量。 其中： ? 和 c 的乘積也被稱做是媒質(zhì)的特性阻抗；對空氣來說， 20℃ 時的特性阻抗為： 407 瑞利 （ Pa?s/m） 。在空氣中，由于聲波擾動的影響 ,使空氣壓強發(fā)生起伏變化，而出現(xiàn)壓強增量，該壓強增量就稱為聲壓，單位為帕 (Pa)。這 種周期性的變化在各向同性的介質(zhì)中，是借助介質(zhì)的彈性向四面八方傳播。 第五章對全文作了總結(jié)。 目前，基于麥克風 陣列的聲源定位方法大體上可分為三類： (1)基于子空間的定位技術(shù)； (2)基于可控波束形成的定位技術(shù)； (3)基于到達時延 (TDOA)的定位技術(shù) [6]。 目前，這些國家研制的聲探測系統(tǒng) 都具有戰(zhàn)場偵察、目標定位跟蹤和敵我識別等綜合作戰(zhàn)能力，而且它們的研制已經(jīng)進入了實質(zhì)性的研制階段，而我國在這方面的研究仍處于預(yù)研階段，擬釆用的技術(shù)手段和途徑仍處于可行性探索階段，與其他國家相比還有很大的差距。聲測系統(tǒng)不受電磁波干擾也不會被無線電測向及定位，工作隱蔽性強。地面聲測偵察在炮兵作戰(zhàn)中曾立下汗馬功勞，用于確定塹壕戰(zhàn)中敵人武器的方位。一些主要的鄰國裝備了相當數(shù)量性能優(yōu)良的武裝直升機和坦克，并在不斷提高其武器裝備的現(xiàn)代化水平，已對我國的國家安全構(gòu)成了潛在的威脅。聲探測技術(shù)就是利用直升機飛行及坦克行進時的噪聲和振動信號，實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 2 頁 共 38 頁 對目標的自動探測、跟蹤和識別。 關(guān)鍵詞 ： 麥克風 陣列，聲源定位，時延 ，定位精度 ，均方根誤差 畢業(yè)設(shè)計說明書 Based on Microphone Array for Sound Source Localization Research Abstract Sound source positioning technology is to use the microphone to pick up voice signals, and digital signal processing technology used for their analysis and processing , Then identify and track the spatial location of sound source. Acoustic source localization techniques have a variety of important uses in videoconferencing, speech recognition and speaker identification, targets’ direction finding, and biomedical devices for the hearing impaired. The pick up range of traditional single microphone is limited, the signal quality picked up is not high, then a voice processing methods with the microphone array has been proposed . It may be electronically aimed to provide a highquality signal from desired source localization and does not require physical movement to alter these microphones’ direction of reception. Microphone array has the functions of denoising, sound source localization and tracking functions, which greatly improved the quality of voice signal processing. The article discusses some issues of sound source localization based on microphone array, On the basis ， it studies a four element array,five element array and an multiple array positioning algorithm, then the positioning precision is analyzed. Derived some factors of the azimuth and elevation angle targets the target range of the estimation precision affected and positioning equation. And through MATLAB simulation software for its positioning accuracy of simulation. finally ， based on four yuan, five yuan of array, using the least square method ,the multiple array localization were calculated.