基于WASN的环境事件定位系统与算法研究

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声源定位技术已广泛应用于各种领域,常见的声源定位技术通常利用最大似然法、最小二乘法、泰勒级数展开等方法进行位置估计,具有计算复杂度高、搜索速度慢、需要估计初始位置等缺点。针对这些缺点,本文提出利用三分法进行多圆联动搜索的声源定位算法,该算法根据声源定位系统中麦克风的位置关系计算搜索半径的初始值,然后根据TDOA测量值构建几何关系将非线性问题转化为线性问题,将多维搜索转化为一维搜索,降低了计算复杂度,并在搜索的过程中引入三分法,加快搜索速度。传统的声源定位系统通常利用麦克风阵列实现定位,这种系统存在覆盖范围小、依赖于麦克风阵列特性、定位精度不高的缺点。随着无线声学传感器网络技术的迅速发展,基于无线声学传感网络的声源定位技术因其覆盖范围大、环境适应性强、定位精度高等特点成为声源定位领域中研究的热点。此外,人们越来越关注于民生安全,对环境声音事件的定位与识别是改善人们生活质量的一项有效措施。基于上述两个方面,本文设计并搭建一种基于无线声学传感网络的环境声音事件定位系统,综合使用声音信号处理、时间同步、无线通信等多种技术,实现户外环境下大范围的声音信号采集、传输与处理,从而实现对环境声音事件的定位。论文完成的工作包括:(1)研究声源定位技术在应用与算法两方面的现状与发展趋势,研究常见的声源定位相关算法,包括时延估计算法、基于麦克风阵列的声源定位算法、基于无线传感器网络的声源定位算法,并对比各类算法的优缺点。(2)针对常见定位算法的缺点,研究基于搜索的声源定位算法与用于搜索的三分法,提出利用三分法进行多圆联动搜索的声源定位算法。通过理论与实验证明了本文提出的声源定位算法相比于传统的搜索算法,在计算复杂度、搜索速度、定位精度上具有优越性。(3)针对户外环境受到天气与地域的限制,提出基于无线传感器网络的环境声音事件定位系统,详细介绍定位系统的硬件架构与软件实现的关键技术,并提出一种适用于户外的传感节点封装方法。(4)将提出的算法应用到提出的定位系统中,理论研究与实际应用相结合,通过实验验证系统的整体性能,包括可靠性、实用性、精确性。
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