基于DSP二維聲源定向系統(tǒng)設(shè)計

摘要 利用ADSP BF533 DSP處理器設(shè)計了一種二維聲源定向系統(tǒng)。系統(tǒng)基于聲波到達(dá)時間差技術(shù)，采用相位匹配算法，對兩個傳聲器采集的聲音信號進(jìn)行分析。通過算法仿真驗(yàn)證了算法的可行性和準(zhǔn)確性，并將算法在DSP上實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞 DSP；聲源；定向

被動式聲源定向系統(tǒng)在軍事和日常生活中的多方面有著重要的應(yīng)用。軍事中常采用傳聲器陣列初步估計目標(biāo)的方位，為雷達(dá)精確掃描提供依據(jù)；日常生活中多用于攝像頭輔助系統(tǒng)，引導(dǎo)攝像頭向聲源方向轉(zhuǎn)動，這在視頻會議中應(yīng)用較多，其他應(yīng)用還包括室內(nèi)防盜系統(tǒng)和災(zāi)害搜救設(shè)備等。近年來眾多學(xué)者對此作了大量研究，提出了多種實(shí)用性算法。王毅等人將現(xiàn)有的算法分成3類：基于最大輸出功率的可控波束形成技術(shù)、基于高分辨譜估計技術(shù)和基于聲波到達(dá)時間差技術(shù)，其中基于聲波到達(dá)時間差技術(shù)具有運(yùn)算量小、精度高的特點(diǎn)，被廣泛使用。文中正是基于這一技術(shù)，采用相位匹配算法，對兩個傳聲器采集的聲音信號進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了二維聲源定向。

1 原理
1．1 聲波到達(dá)時間差技術(shù)
所謂聲波到達(dá)時間差就是指聲波信號到達(dá)2個或多個傳聲器之間的時間差，利用該差值即可確定聲源的方向，文中只采用2個傳聲器，其原理如圖1所示。

設(shè)置傳聲器1和傳聲器2之間的距離為d；聲源到達(dá)傳聲器1的角度為θ1；到傳聲器2的角度為θ2，并且聲源到兩個傳聲器中點(diǎn)C的距離遠(yuǎn)大于兩個傳聲器之間的距離d?；谶@個前提，則θ1≈θ2=θ，設(shè)聲速為c，聲波到達(dá)傳聲器2與到達(dá)傳聲器1之間的時間差為τ，則式(1)成立
sinθ=L／d，L=cτ (1)
因此
θ=sin-1(cτ／d) (2)
在式(2)中，聲速c和傳聲器1，2之間的距離d，都是已知數(shù)，只要求出聲波到達(dá)時間差τ，就可以得到聲源的方位角θ。
以上就是聲波到達(dá)時間差原理，時間差τ的求取方法有最小均方自適應(yīng)濾波法、廣義互相關(guān)函數(shù)法、互功率譜相位法等，文獻(xiàn)對各種方法的比較作了詳細(xì)介紹。除上述直接或間接求取時間差τ的方法外，本文采用文獻(xiàn)中的一種相位匹配算法，雖然也是基于聲波到達(dá)時間差技術(shù)，但它不用求取時間差τ，就能得到聲源的方位角θ。
1．2 相位匹配算法
信號相位匹配的原理就是對傳聲器2輸出的信號進(jìn)行相位補(bǔ)償，不同的頻率補(bǔ)償不同的相位，如果補(bǔ)償?shù)南辔坏扔谟捎诼曉捶轿唤且鸬南辔徊睿瑒t傳聲器1，2方向相同。