基于TDOA技術及幾何模型的聲源精準定位

王小懷 伊樹彬 蔡洛思

（韓山師范學院物理與電子工程學院，廣東 潮州 521000）

0 引言

聲源定位是通過接收目標聲源信息并利用電子裝置確定目標位置的技術，即利用麥克風陣列在不同位置點對聲信號進行測量，由于目標聲源到達各個麥克風存在時間延遲，因此利用定位算法對測量到的聲信號進行處理，并構建相關的物理模型，以獲得聲源點相對麥克風的位置信息（包括方位角、距離）。聲源定位的研究對物理聲學、工業、航空航天、智能制造以及軍事都具有重要意義[1]。

為實現聲源的低成本且高精度定位，該文設計并制作了一種基于到達時間差（Time Difference of Arrival，TDOA）技術及幾何模型的聲源定位裝置。

1 設計原理

1.1 TDOA技術確定聲源方位

該設計采用基于TDOA到達時間差定位原理和廣義互相關函數的時延估計GCC-PHAT（Generalized Cross Correlation PHAse Transformation，GCC-PHAT）原理[2]。在原理代碼化編程上采用C語言編程，試驗設備上有麥克風聲音接收裝置、ADC模數轉換等，涉及數字信號處理和相關算法的程序實現。

該裝置對一個麥克風接收到的信號與另一個麥克風接收到的信號進行相關運算，從而得到TDOA的值，這種算法可以在麥克風接收信號不同步時利用互相關估計得到TDOA值，再進行定位計算就可以獲得較高的精度。TDOA技術不僅定位準確，而且對算法的要求相對較低，具有很強的實際應用價值。

GCC-PHAT基于廣義互相關函數的時延估計算法引入了一個加權函數對互功率譜密度進行調整，從而優化時延估計的性能。根據加權函數的不同，廣義互相關函數有多種不同的變形，其中廣義互相關-相位變換方法應用最廣泛。……