面向目標波達方向實時估計的傳聲器陣列系統研究.pdf

1、基于傳聲器陣列的目標波達方向（DOA）估計是無線傳感器網絡的研究和應用熱點，是進一步實現對目標的定位和實時追蹤的先決技術。尤其是在軍事和安防領域，傳聲器陣列因其隱蔽性好、抗干擾能力強、功耗小等優點，適用于如戰場、叢林等環境特殊、廣域無人區域的監控。然而，隨著數字戰場、智能安防等對大規模、高密度信息獲取需求的提出，如何設計實現高精度測向、低功耗、低成本且適合于長期自主穩定工作的實時傳聲器陣列系統，面臨新的挑戰。
　　 針對上述問題

2、，本文利用現有非實時傳聲器陣列系統對已有算法進行實驗驗證，并從算法和系統層面提出了實時傳聲器陣列系統的實現思路:分別為降低DOA估計算法復雜度、高性能實時系統實現以及將DOA估計算法放在后臺融合中心處理。主體工作主要分為以下四個部分:
　　 1)研究并驗證了高精度DOA估計算法:AML（Approximated Maximum Likelihood），利用已有非實時傳聲器陣列系統Voxnet，對AML算法實用性進行了系統的研究驗

3、證。實驗證明了即使在信噪比較低的環境下，AML算法仍然能保持較高的DOA估計性能和多元目標信號分離性能;并進一步利用多個陣列節點，驗證了聲源目標定位的性能;最后提出了實時傳聲器陣列系統的實現思路。
　　 2)從降低DOA估計算法復雜度出發，提出了改進的正則化正交匹配追蹤DOA估計算法（TROMPDOA），通過一系列仿真證明了，在算法復雜度接近甚至要優于原有貪婪類算法（OMPDOA）的情況下，TROMPDOA的估計性能和算法穩定性

4、要優于OMPDOA。最后通過實驗驗證，證明了TROMPDOA在當前實際系統應用中的DOA估計性能。
　　 3)設計并實現了一套基于ARM+FPGA+DSP架構的高性能傳聲器陣列系統，該系統平臺被應用于19元傳聲器陣列的信號采集、本地實時處理以及結果的實時傳輸;外場實驗中，利用上述19元傳聲器陣列系統對低空目標（飛機、無人機等）實現DOA實時估計。
　　 4)針對高性能傳聲器陣列系統的陣型固定，不易擴展，功耗及成本高等缺點