【摘 要】
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声源定位传感器在军用、民用等诸多领域中具有极其重要的意义。本文针对仿生声源定位微传感器的仿生声源定位原理、信号检测方法、信号在线处理方法和信号离线处理方法等方面展开了研究,主要内容与结论如下:1.研究了基于奥米亚棕蝇听觉结构的仿生声源定位微传感器的原理。基于奥米亚棕蝇听觉结构构建了仿生声源定位耦合机械模型,通过模态分析了仿生耦合机械模型对信号微小相位差异的敏感作用。根据机电类比理论,将仿生耦合机械
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声源定位传感器在军用、民用等诸多领域中具有极其重要的意义。本文针对仿生声源定位微传感器的仿生声源定位原理、信号检测方法、信号在线处理方法和信号离线处理方法等方面展开了研究,主要内容与结论如下:1.研究了基于奥米亚棕蝇听觉结构的仿生声源定位微传感器的原理。基于奥米亚棕蝇听觉结构构建了仿生声源定位耦合机械模型,通过模态分析了仿生耦合机械模型对信号微小相位差异的敏感作用。根据机电类比理论,将仿生耦合机械模型等效为仿生耦合电路模型,采用相量法分析了仿生耦合电路模型;仿真分析表明了仿生耦合电路模型对信号微小相位差异的敏感作用。2.研究了仿生声源定位微传感器信号检测方法。基于仿生耦合电路模型,构建了由采集阵列、检测电路和仿生耦合电路模型组成的仿生声源定位微传感器模拟系统。研究了仿生声源定位微传感器检测系统的原理;根据检测系统的原理,研究了电容式硅麦克风、缓冲器模块和前置放大器等检测系统模块;根据对检测系统的研究,本文设计了仿生声源定位微传感器检测电路的原理图和PCB;通过仿真分析了检测系统对信号的采集、放大和滤波等效果。3.研究了基于相敏检测的仿生声源定位信号在线处理方法。基于相敏检测方法设计了仿生声源定位信号处理电路;根据信号处理电路方案,本文提出了易于实现的基于相敏检测的信号在线处理算法。基于仿生声源定位微传感器的信号特点,本文提出了仿生声源定位信号预处理方法和后处理方法,构建了完整的仿生声源定位信号处理方案。仿真结果表明,基于相敏检测的仿生声源定位信号在线处理算法在信噪比大于10的环境下,相对误差在2%以内。4.研究了基于改进广义互相关的仿生声源定位信号离线处理方法。研究了基本互相关算法和广义互相关算法在声源定位信号处理中的应用,仿真分析表明了具有广义互相关算法的抗混响和抗噪声的作用。为增强广义互相关算法的抗噪声能力,本文引入二次互相关对广义互相关算法进行改进,提出了引入二次互相关的广义互相关信号处理方法,该方法兼具较好的抗噪声和抗混响能力;仿真结果表明,广义互相关在信噪比大于1.7的环境下,相对误差在2%以内,而引入二次互相关的广义互相关在信噪比大于1.1的环境下,就能使相对误差在2%以内。针对采样频率受限给广义互相关造成的误差,本文提出了互相关函数峰值位置修正方法,该方法通过插值、拟合等近似手段还原出互相关函数峰值的连续图像,以更准确地获取峰值位置,提高时延估计的精度;仿真结果表明,互相关函数峰值位置修正方法在信噪比大于4的环境下,能将声源定位时延估计的误差减小5μs以上。5.进行了仿生声源定位微传感器信号检测与处理方法实验验证。本文基于对仿生声源定位微传感器信号检测与处理方法的研究,搭建了声源模块、检测系统模块、仿生耦合电路模块和输出信号采集与处理模块等模块组成的仿生声源定位微传感器实验系统。在不同声波入射角度、不同声源频率和含噪声声源等条件下进了行实验验证与分析,实验结果显示,不同条件下仿生声源定位微传感器的声源定位误差均在4°以内。实验结果表明,本文研究的仿生声源定位微传感器信号检测与处理方法具有可行性和有效性。
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