故第章基于时间延迟的定位方法设每个信号与参考信号之间的时间延迟为,则由近场模型方向角估计公式可求得近似方向角。用表示该比例系数对估计方向角的修正，即用该方法得到方向角比原有的方法更接近于实际的角度。为验证这种方法的正确性，模拟仿真如图所示。从图中可以看到，用该方法改进后的误差下降程度虽然较小，但与改进前相比，在所有测量角度上，误差都有所减小。随着距离的增大，误差减小程度也逐渐变小。这是由于随着距离的增大，球面波前逐渐转化为平面波前，平面波前只需考虑接收信号的相位差而将各接收信号的幅度近似相等，故误差减小程度也有所下降。.理论方位角单位实际测量方位角与理论方位角的误差单位图改进前后近场球面波前方向角误差曲线.燕山大学工学硕士学位论文.本章小结本章首先讨论了基于麦克风阵列的近场和远场模型。当声源与阵列的距离较远时，该近场模型可以简化为远场模型。其次讨论了麦克风阵列的拓扑结构并给出了麦克风阵列结构设计的般原则。然后讨论了几种基于时间延迟的定位方法。最后针对其中的种方法进行了模拟仿真并提出了修正方法。根据选用模型远场模型还是近场模型合理的选择声源与麦克风阵列之间的距离对正确估计方位角是十分重要的。燕山大学工学硕士学位论文第章近场声源定位实验通过前几章对各种时延估计方法和定位方法的详细讨论，本章以嵌入式系统为基础，开发了个简单可行的二维声源定位实验装置。该实验系统使用个全指向麦克风路前置放大电路及实验板的个采样端口起组成了个路同步声音采集系统，并在实验板中植入声源定位算法程序，就构成了个完整的二维声源定位系统实验装置。在该实验装置中，嵌入了种适合实时，且具有较高精度的定位算法。该算法采用时延估计几何定位两阶段策略。在时延估计部分采用第二章中提到的互功率谱相位法估计时间延迟，然后用角度距离法定位出声源的位置。算法部分的程序均在.集成开发编程环境下，使用语言编写完成。本实验装置具有较高的定位精度，并适于实时确定声源的位置。声源定位装置的硬件部分和软件部分如下面所述。.声源定位实验系统硬件结构设计本文所设计的声源定位实验系统硬件结构由声源个按定位置放置的麦克风前置放大电路块具有个采样通道并可进行计算的实验板串口通讯线和上位机等几个模块组成。图是该声源定位实验系统的原理框图。声源发出音频信号四个麦克风组成线性阵列接收信号实验板进行采样并计算显示声源方向角将计算结果串口发送到上位机图声源定位系统硬件结构框图.风和声源的几何关系图如图所示。在图中，，，是到的矢量，是到声源的矢量，是声源到麦克风和间的距离差由时延算法估计时间延迟再乘以声速。声源轴轴图麦克风和声源的几何关系图.由矢量几何和三角形三边关系可得将上式展开并整理得由于是通过估计时延得到的，自然与实际值相比有个偏差，因此上式不为零，其误差为燕山大学工学硕士学位论文假设有个麦克风，记为则可以估计出第个麦克风到第个麦克风的距离差，从而根据式得到个方程，将这些方程写成矩阵形式，可得下式ε式中..。由于和的非线性关系，这样若将带入式，就不能给出线性最小均方意义下的声源的估计值ˆ。而如果给定，则该方程相对于是线性的反之，如果给定，则该方程相对于也是线性的。因此该方程的求解必需分为两步，首先假设给定，可以求得当时，式的均方误差为最小，其中。然后将代入式，可求得。将代入中，即可得到线性最小均方意义下声源的估计值ˆ。线性插值法线性插值法的基本麦克风摆放如图所示。声源轴轴轴方向线第章基于时间延迟的定位方法图线性插值法的麦克风摆放结构.其中麦克风和的连线与和的连线相互垂直平分，原点为。当声源离麦克风距离比较远时，根据第二章中的方向角估计的近似可得式中是声源到麦克风和的距离差等于时延乘以声速声源到麦克风和的距离差是麦克风和间的距离麦克风和的距离。由空间解析几何可知，声源就在由角和角唯确定的直线上。用线性插值法实现声源的定位需要多组如图摆放的麦克风。当有多个这样的麦克风对时，就可以得出多条这样的方向线，这些直线的交点就应该是声源的位置。但由于和估计不准和采样的限制，直线往往不能相交于点。假设有两条这样不相交的方向线和，在上应该有点上点的距离很近，把这两点记为和，这两点可以看作是声源的近似估计点。此外根据时延估计的方差，可设定和的权值为和，通过这些点的线性插值即可估计出声源的位置ˆ，即ˆ通过适当的改进，线性插值法也可用于多个声源的定位。对由线性插值法产生的点，可用聚类的算法算法来确定多个声源的位置。算法与均值算法有相似之处。即聚类中心同样是通过均值的迭代运算来决定的，但算法还加入了些试探步骤，能自动的燕山大学工学硕士学位论文进行类的合并和分裂，从而得到类数较合理的聚类结果，从而实现了多个声源定位。.声源方向角估计的模拟仿真本节将应用角度距离定位法确定二维平面中近场声源的方向角。在这里为简化方向角估计过程，假定所给出的声源与麦克风阵列的距离是已知的。仿真条件与结果计算机仿真中，假定由个麦克风组成等间距线阵列接收近场声源发出的声音，如图所示。球面波,声源图二维平面麦克风阵列近场模型.设声源发出的声音信号为的单频正弦波信号，麦克风接收到的信号为该声音信号与高斯白噪声叠加后的信号。设采样频率，阵元间距，声源与麦克风阵列参考麦克风之间的距离分别设为和，声源与麦克风阵列的夹角分别设为和。仿真中采用互功率谱相位法来估计麦克风之间的时间延迟，采用上节中提到的角度距离法来估计声源第章基于时间延迟的定位方法的方向角。则在近场模型下，估计出的方向角如表所示表声源方向角估计方向角距离在各个距离和角度下，估计出的方向角与理论上的方向角的绝对误差如图所示。.理论方位角单位实际测量方位角与理论方位角的误差单位图近场球面波前方向角误差曲线.从图中可看出，在方向角为，距离为.时，所测方向角具有燕山大学工学硕士学位论文较大的误差最大为.，随着角度的增大误差逐渐减小，当角度增大到定度数时，误差变化较小。此外，从图中还可以看出，随着声源与麦克风阵列距离的增大，误差具有明显的下降，但到定距离时，误差变化也非常小。这表明，虽然是近场情况下，但对声源与麦克风阵列之间的距离也有定的要求，距离太近则误差较大，距离太远则超出近场条件，阵列模型逐渐转向远场模型。为使测量结果具有较小的误差，声源与麦克风阵列之间的距离应不大于。算法改进由于在近场情况下，到达波前为球面波，不但需要考虑麦克风接收信号的相位差，还要考虑信号的幅度差异。近场情况下，按原有方向角估计算法估计出的方向角存在较大的误差，故提出种改进方法。已有文献提出在近场情况下，每个麦克风接收信号的电压比等于声源到每个麦克风之间的距离倒数比的平方，故提出以声源到每个麦克风之间的距离与参考距离声源到阵列中心倒数的比，即每个接收信号电压比的平方根作为对所估计角度的修正因子。设每个麦克风接收信号的电压为，则有由于将式代入式可得作出了全面部署。在我国当前形势下，少儿 体验项目作为作为文化创意产业的重要组成部分，作为社会主义 文化事业的有机补充，对于坚持以人为本，推进文，国内已开业场馆家，筹建中的场馆余家。 二理论定位 党的十七届六中全会通过的中共中央关于深化文化体制改 革推动社会主义文化大发展大繁荣若干重大问题的决定，站在经 济社会发展全局的高度，对业体验自年引入中国，从最早的杭 州都城到年上海星期八小镇年湖南长沙酷贝拉， 年蓝天城年哈乐城希乐城等。中国的少儿职业 体验项目在两年中获得了高速的发展与较好的投资认知。截止到 年月的职业体验，完成“玩中学，学中玩”的文化教育。从年到年，在中国少儿职业体验 馆平均开业增长速度为，平均筹建速度为。中国少儿职 业体验行业必将席卷全国，成为又新兴文化产业。 发展趋势。少儿职第家旗舰店开业，十年内规模扩大到全球范 围。在中国应试教育的背景紧抓素质教育的市场需求下，少儿 职业体验馆的诞生的确颠覆传统的教育模式，吸引岁的青少 年朋友不断的来进行“过家家”式将来成 长后的职业规划起到先期辅导教育的功用，同时儿童会受到良好 的素质教育科普教育和体会家长工作的辛劳，继承文化传统美 德。 行业现状。从年世界第家少儿职业体验馆的诞生， 到年消防队员宇航员售货员 老师邮递员工程师等等，般有个左右的职业体验项目。 在这个模拟城市的环境里，少年儿童持有自己的银行卡护照， 要赚钱要花钱，模拟成人世界里的职业类别进行工作，为将消防队员宇航员售货员 老师邮递员工程师等等，般有个左右的职业体验项目。 在这个模拟城市的环境里，少年儿童持有自己的银行卡护照， 要赚钱要花钱，模拟成人世界里的职业类别进行工作，为将来成 长后的职业规划起到先期辅导教育的功用，同时儿童会受到良好 的素质教育科普教育和体会家长工作的辛劳，继承文化传统美 德。 行业现状。从年世界第家少儿职业体验馆的诞生， 到年第家旗舰店开业，十年内规模扩大到全球范 围