基于四元交叉阵列的声源定位

张武 王洪源 靳晓蕾

摘  要：本文提出了一种基于四元交叉阵的声源定位方法，并设计了声源定位系统。利用4个声源传感器采集声源信号，经过放大、处理、AD转换等步骤，采用广义互相关函数法计算信号到达4个传感器的时间差，从而确定声源的位置。实验表明，该系统在速度和精度上都能达到较好的性能。该声源定位系统可以与具有低成本惯性传感器的运动估计系统相结合，以提高估计精度。

关键词：声源定位  四元交叉阵  到达时差  广义互相关函数

中图分类号：TN912.3           文献标识码：A            文章编号：1674-098X（2021）04（c）-0155-03

Acoustic Source Localization Based on 4-Element Cross Array

ZHANG Wu  WANG Hongyuan*  JIN Xiaolei

（School of Information Science and Engineering， Shenyang Ligong University， Shenyang， Liaoning Province， 110159 China）

Abstract： In this paper， an acoustic source localization method based on 4-element cross-array is presented， and an acoustic source localization system is designed. Four acoustic sensors are employed to collect the acoustic source signal， after several steps as amplifying， processing， AD conversion， generalized cross-correlation function method is used to compute the time difference of the signal arrival to the four sensors， then the position of the acoustic source can be determined. Experiments show that our system can achieve good performance in both speed and accuracy. The acoustic source localization system can be incorporated into a motion estimation system with low cost inertial sensors to increase estimation accuracy.

Key Words： Acoustic source localization; 4-element cross-array; Time difference of arrival; Generalized cross-correlation function

近些年来，在空间中寻找声源的问题引起了科学界越来越大的兴趣。声源定位技术是利用声传感器阵列采集声信号，然后用微处理器实现声源处理算法，对信号进行分析和处理，确定声源在三维空间中的位置。四元交叉阵是圆阵的一种特殊形式，能在平面0～360°范围内探测目标方位，且易于布置，节省成本。

本文提出利用麦克风阵列实现近场信源定位和远场波达方向（DOA）估计的多种算法，设计了一种可供实际应用的声源定位系统。它可以进一步应用于具有低成本MEMS惯性传感器的大型三维运动估计系统中。

1  基于四元交叉阵的声源定位原理

声源定位技术是利用声传感器阵列采集声信号，然后用微处理器实现声源处理算法，对信号进行分析和处理，确定声源在三维空间中的位置[1-2]。

交叉阵列，可视为两个正交线列阵。它们由S1、S3和S2、S4组成。线阵中两个阵元之间的距离为D，在坐标系中两个阵元的交点设為零，如图1所示。……