Алгоритм и устройство с адаптивным управлением характеристикой направленности на основе пространственно-временной обработки сигналов

• Автор: Мокрецов, Антон Викторович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 166 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И
АЛГОРИТМЫ НА ОСНОВЕ МИКРОФОННЫХ СИСТЕМ
1.1 Электронное формирование характеристик направленности микрофонной системой на основе линии задержки
1.2 Электронное сканирование характеристикой направленности микрофонной решетки
1.3 Методы и алгоритмы определения местоположения источника звука на основе временной задержки распространения сигналов
1.4 Выводы
2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ И ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЭЛЕМЕНТОВ РЕШЕТКИ МИКРОФОНОВ
2.1 Пространственная модель канала вІМО
2.2 Исследование частотных характеристик чувствительности и характеристик направленности элементов решетки микрофонов
2.3 Критерии согласия. Метод Пирсона
2.4 Исследование статистических характеристик акустических сигналов звуковых частот
2.5 Выводы
3. РАЗРАБОТКА ШИРОКОПОЛОСНОЙ РЕШЕТКИ
МИКРОФОНОВ С АДАПТИВНЫМ АЛГОРИТМОМ
УПРАВЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ
3.1 Алгоритм формирования характеристик направленности микрофонной системы без использования линии задержки
3.2 Адаптивный алгоритм управления ХН микрофонной системы на основе направленных капсюлей

3.3 Адаптивный алгоритм управления ХН решетки микрофонов 104 на основе направленных капсюлей
3.4 Мультидиаграммная решетка микрофонов с адаптивным 110 алгоритмом управления ХН
3.5 Разработка электрической принципиальной схемы макета 116 решетки микрофонов
3.6 Разработка конструкции макета решетки микрофонов
3.7 Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕШЕТКИ
МИКРОФОНОВ С АДАПТИВНЫМ АЛГОРИТМОМ
УПРАВЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ
4.1 Экспериментальное исследование блока формирования 126 характеристик направленности
4.2 Экспериментальное исследование характеристик макета 132 решетки микрофонов в условиях свободного ПОЛЯ
4.3 Определение угла местоположения источника звука в 142 условиях свободного ПОЛЯ
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

AMDF - average magnitude difference function - среднее значение разностной функции;
ASDF - average square difference function - средний квадрат разностной функции;
СС - cross-correlation - взаимная корреляция;
FSLP - forward spatial linear prediction - прямое пространственное линейное предсказание;
GCC - generalized cross-correlation - обобщенная взаимная корреляция;
МССС - multichannel cross-correlation coefficient - многоканальные коэффициенты взаимной корреляции;
ME - minimum entropy - наименьшая энтропия;
MEMS - micro electro mechanical systems - микро электромеханические системы;
MIMO - multiple-input multiple-output - многоканальный вход
многоканальный выход;
MISO - multiple-input single-output - многоканальный вход
одноканальный выход;
РНАТ - phase transform - преобразование фазы;
SCOT - smoothed coherence transform - сглаженное когерентное преобразование;
SIMO - single-input multiple-output - одноканальный вход
многоканальный выход;
SISO - single-input single-output - одноканальный вход одноканальный выход;
TDOA - time-difference-of-arrival - разность времени прихода;
WCC - weighted cross-correlation - взвешенная взаимная корреляция;
АС - акустическая система;
АЦП - аналогово-цифровой преобразователь;
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика;

В отличие от методов описанных выше, время задержки между капсюлями находится из минимального значения функции (1.13) и определяется выражением
Для представленных методов абсолютную погрешность локализации источника звука, обусловленную дискретным значением выборки сигнала в случае цифровой обработки, можно найти из выражения (1.8). Подставляя в него (1.7), запишем выражение для абсолютной погрешности локализации источника, которая также зависит от положения источника
где - частота дискретизации. Для структуры на рисунке 1.12 и параметров, представленных в литературе для систем ТЭОА =44100 Гц и с?=10 см, построим зависимость абсолютной погрешности от угла положения источника звука (рисунок 1.15).
Из зависимости видно, что минимальная погрешность соответствует углам 0 = 90°, (9 = 270° и не превышает 4,6°. При этом источник звука расположен перпендикулярно оси соединяющей приемники давления (см. рисунок 1.12). Наибольшая погрешность соответствует положению источника звука для в = 80° и не превышает 24°, что может ограничить угол наблюдения прихода сигнала. Отсюда следует, что наименьшая погрешность локализации источника звука будет определена для диапазонов углов от 90° до 130° (50°), а также от 270° до 310° (230°) и не будет превышать ±7°. Погрешность локализации источника звука может быть также снижена за счет увеличения частоты дискретизации /а или увеличения расстояния <7.
(1.14)