浅析基于仿生学的声源定位技术的发展现状

王顺利　洪强　黄欢

摘 要 目标声音识别技术是语音识别的一个重要分支，它极大地提高了人们的工作效率，生活质量和服务质量。但由于语音变化范围大，声音识别系統精确匹配困难，声音容易收到音质，速度和背景噪声的影响而降低识别能力。随着语音信号处理技术的深入研究，结果发现：人的听觉系统对声音配合物具有独特的优势，它可以准确地提取目标声特性并辨别声音的方向和内容，基于仿生学的声源定位技术越来越受到人们的关注。

关键词 仿生学 声源定位技术 听觉系统 声音信号 目标声音

中图分类号：TB51 文献标识码：A

1仿生学概览

1.1仿生学的发展历史

通过研究可以得出结论：一些植物和动物具有类似的功能，实际上超出人们关于这方面设计的方案需要。人们通过模仿动物和植物在技术方面得以借鉴，是一个突破。仿生学是一门交叉学科，如工程仿生技术和生物科学相结合，近年来发展迅速。对于合理应用生物学原理，不仅要找到一些长期存在难题的解决方案，而要使这个方案完全适应自然的需要。

仿生学研究生物学的系统结构，研究功能，信息控制与能量转换等的优良特性，而这些特性应用于实际系统，用于改善现有的技术，并建立一个全面的自动设备，工艺，技术架构配置系统等。从生物学的角度看，仿生学的一个分支，属于生物学的应用。仿生学作为一门独立的学科，在1960年9月问世，仿生学在俄亥俄州空军基地的第一次会议在美国空军航空局召开了。从第二十世纪50年代以来，人们已经认识到，生物系统是一个开发新技术的主要途径。人们通过数学，化学，物理和数学模型，对生物系统的研究，并促进生物学快速发展，而研究生物功能的机制也取得了很大的进步。

1.2仿生学的应用背景

仿生学已经进入了各行各业技术创新和技术革命的前沿，如在自动控制，航空，航海等军事领域都获得了不少的成就。科学家的灵感来自与旗鱼状突起的长针，开发超音速飞机在高速飞行时产生刺耳声的屏障；从鲸鱼的形状发展潜艇；通过模仿蝙蝠的行为使雷达可以在任何时间根据脉冲参数的目标检测方法和调整方向，提高雷达的灵敏度和抗干扰的能力。

仿生学的任务是研究生物系统与生俱来的能力和原则，为这些能力与原则创建相应的数学模型，并设计崭新的设备，开展了一个全新的应用空间。听觉仿生模型应该更全面地描述目标声识别过程。现在大多数的研究没有在本质上对听觉系统创建出一个合理的模型，特征提取不能够完全体现出声音的特点。因此，在听觉系统模型几何部分中建立一个更精确的语音识别系统是发展的必然趋势。

1.3机器人听觉系统的应用

随着电子技术和数字信号处理技术的发展，仿人机器人（如图1所示）的研究有了新的进展，机器人听觉与视觉系统是智能机器人的重要标志，已成为机器人研究领域的一个重要研究方向，是实现机器人与环境的相互作用和人机交互的一个重要手段。因为声音绕过障碍，听觉可以由机器人多信息采集系统来实现功能，利用机器人的其他感官来弥补其他传感系统无法通过非透明障碍物的缺点。此外，对于模拟人类听觉系统的研究，也表明了人类对于听觉生理能力所掌握的知识程度很高。

2声源定位技术的发展

2.1声源定位技术的应用背景

声源定位技术是对具有听力功能的耳朵进行仿真，利用声波传感装置接收声音，声音信号通过电子设备进行处理，从而实现并定位声源识别的检测，定位和声源目标跟踪。利用被动声来定位，并对多通道信号分析与处理，得出一个或多个在平面或在空间域中的声源空间坐标，以获得声源位置。

声源定位技术具有隐蔽性强，适应性强的优点，成本低，逐渐受到世界各国的重视，在军事和民用领域具有广阔的应用前景。在水下感知目标，在危险的环境中应用程序来完成战场扫雷工作。声探测技术在许多控制装置中得到广泛使用，如声雷达，被动声纳，语音识别系统，视频会议系统和辅助收听系统等。它可用于扬声器麦克风阵列波束的方向控制，视频会议系统的对准；也可用于语音信号的预处理，提供高质量的声音信号，提高相关的系统功能；检测管道泄漏的位置，管道泄漏后的声波振动会沿墙传播，只要在管道泄漏的地方进声源振动信号的采集，就可以通过两个信号时延估计确定泄漏的位置；在电话会议中的声源定位，语音信号接收不同谈话的人，根据不同的传感器位置接收声音信息，确定发言人的立场；对于室内监控系统，安装拾音器在走廊，房间，采集目标方位角接收到的声音信号，并进一步记录声音和图像目标的信息。声源定位技术具有应用价值和广阔的发展前景，值得研究。

2.2声源定位技术的优势

声源定位技术是利用电子装置来获知声音位置的信号处理技术。声源定位技术可以分为被动声源定位和主动声源定位两种。主动定位包括发送和接收装置，如雷达发射信号的使用，根据目标的接受波形来判断的位置。被动声定位是接收装置，与传统的主动声源定位技术相比，它具有隐蔽性强的优点，不易受电磁干扰。

参考文献

[1] 郭策，戴振东，孙久荣.？生物机器人的研究现状及其未来发展[J].机器人，2005（02）.

[2] 崔玮玮，曹志刚，魏建强.？声源定位中的时延估计技术[J].数据采集与处理，2007（01）.