三維空間聲源定位實驗裝置設計

馮　俊，薛祖剛

（皖西學院 電子與信息工程學院，安徽 六安237012）

隨著電子產品的高度智能化，聲源定位技術也逐漸被人們所關注。例如：在視頻會議中，通過聲源定位技術控制攝像頭，使其自動轉向發言人的方向［1］；在武器系統中，根據槍聲定位襲擊者的方向，從而快速做出反應［2］；在機器人導航系統中，利用聲音進行室內定位；等等［3-4］。

三維空間聲源定位是傳感器技術、電子技術、自動控制技術和計算機技術的綜合應用。聲源定位實驗裝置具有知識綜合性和技術前沿性的雙重特點。利用該實驗裝置可以將多門專業課程的知識融會貫通，從實際應用角度理解專業知識，并學會發現、分析和解決實際工程問題的方法，特別適合作為大學生的綜合、創新實驗平臺使用。我們介紹了經典的空間聲源定位算法，并利用教學中常用的元器件設計了聲源定位實驗裝置，通過實驗驗證該實驗裝置的有效性和可行性。

1　三維空間聲源定位算法

聲源定位主要有三種定位技術［5］:基于可控波束形成器的聲源定位技術、基于高分辨率空間譜估計聲源技術以及時延估計（TDOA）。TDOA定位算法比前兩種方法計算量小，也是目前研究的熱點［6］。

TDOA算法的基本原理如圖1所示。在圖1中，動點S是平面坐標系XOY中的聲源，聲波從S點到達O點和A點的時間分別為tO和tA，則在這兩點處接收到聲波的時間差△t可近似表示為［7］

圖1　平面坐標系聲源定位

推廣到空間三維坐標系OXYZ中的情形如圖2所示。在圖2中，A、B、C 分別是 X、Y、Z坐標軸上的點，且到原點O的距離相等，距離記為L；……