基于相位差二次放大的仿生学声定向技术研究

• 作 者: 周晗
• 出 处: 哈尔滨工程大学
• 发表日期: 2021年05期
• 关键词: 声定位系统 仿生学 耦合滤波器 二次放大

声源定位技术是一种利用目标所发出的声波对目标进行定位的技术,广泛应用于军用领域和民用领域。声源定位系统通常在传感器阵列的距离与目标发出的声音波长相近时定向灵敏度最高。因此在较小传感器距离的情况下获得高精度的角度信息是一个重要问题。为解决该问题,在声定位技术中引入了仿生学技术。通过研究奥米亚寄生蝇的听觉器官模型能够达到提升定位精度,或减小声定位系统尺寸的目的。但以往的研究集中于寄生蝇听觉器官相位差放大作用,该种研究目前仍存在着放大倍数相对较小,较高放大倍数与良好的线性度无法兼容,以及较容易受到噪声影响等缺点。课题“基于相位差二次放大的仿生学声定向技术研究”的目的是针对角度型声定位系统,为解决传统仿生学声定位系统放大倍数不足及抗噪性能差的问题,开展通过两次相位放大进而提升定位精度的定位技术研究。具体研究内容包括:首先,在分析角度型声定位系统的原理以及定位系统信号处理算法的基础上,研究了几种角度型定位方法,确定了通过计算相位差和时间差的广义互相关法进行目标角度的定位,进而为后续研究奠定了理论基础。其次,在广义互相关法的基础上,研究了寄生蝇听觉器官基础模型及仿生学相位差放大算法。通过采用仿生学滤波器的方式,在不改变声传感器阵列的大小的情况下,能够实现对接受到的信号的相位差进行放大。再次,在仿生学滤波器的基础上,提出了相位二次放大的算法,能够在第一次相位放大的基础上对相位差进行第二次的放大。从而使得在同传感器阵列距离条件下相位差相较于仿生学滤波器有了进一步的放大,可进一步提升角度的定位精度。同时,由于二次放大对仿生学滤波器的幅频特性和相频特性都有更高的要求,还针对二次相位差放大对仿生学滤波器的参数进行了研究,使之能够适用于不同工作频率。最后,针对二次放大算法进行了信噪比的分析和实际的实验验证。实验证明在大部分的情况下二次相差放大定位系统拥有着远高于传统定位系统的精度及灵敏度。