声源定位技术的研究意义与现状

王顺利　洪强　黄欢

摘 要 近年来，定位系统得到了广泛应用，在工业，民用和军事领域的应与需求，声源检测与定位系统的研究已经成为新的研究热点。本文讨论了声源定位技术的发展、应用以及研究现状。

关键词 声源定位 声纳系统 麦克风阵列 时间差 信号

中图分类号：TB51 文献标识码：A

1声源定位技术的发展与应用

被动声探测定位技术是一种接收声场信息，利用电子装置确定目标声源位置的高新技术，该技术属于无辐射源目标定位技术，主要用于被动声探测，没有主动检测功能。其特点是系统本身仅依赖于目标声源的声音信号的接收，并实现使用接收到的声音信号来实现位置检测和定位目标声源。目前，声源定位技术主要是利用麦克风阵列接收声场信息，依靠声源信号到达各个阵元的时间差估计以及时间延迟估计来实现被动声源信号的测向和测距。因此，在已知几何关系的麦克风阵列情况下，由源信号准确到达每个麦克风阵元时间差的估算，我们可以准确地计算出的位置参数信息源。

声源定位技术有着悠久的发展历史。其最先在声纳系统中使用， 采用电磁波来发现水下目标的位置，在水下电磁波是非常大的，所以受到了距离限制。在这种情况下，水下目标声信号追踪法应运而生。1940意大利达芬奇首先发现了声管，水声被动定位技术由此诞生，现在有超过500年的发展历史。但真正意义上的发展，是在第二次世界大战结束后，在水下使用声纳来寻找目标的时候，这种方法也将很容易暴露自己，带来潜在的危险。因此人们开始了水下被动声定位的研究。在第一次世界大战中应用在地面上的被动声探测技术，主要是用来探测敌人的炮兵阵地，并取得了良好的应用效果。在第二次世界大战的时候，声探测技术是特别重要的，大部分炮兵侦察任务是依赖于声源定位技术实现的。在朝鲜战争中，声波检測技术也显示出独特的优越性。

但在一段时间内，随着红外，激光的兴起，雷达侦察技术在一定程度上影响了被动声探测源技术的发展，导致其曾经被忽视。但近年来，使用雷达搜索目标面临的电子干扰，低海拔的突变，隐身技术，反辐射导弹这四大挑战，使其越来越容易受到攻击。在这种情况下，人们开始重新审视被动声探测定位技术的应用价值，这是研究被动声探测技术的又一个重要的原因。目前，随着计算机技术，微电子技术的发展，现代数字信号处理技术，人工神经网络，自适应阵列处理技术，信号处理技术和其他相关技术，被动声定位技术再次发展迅速，并取得了进一步的实际应用。

在国防现代化方面，声源定位技术可以用来测量在地面作战的炮兵阵地；可以用来找到隐藏在某地的狙击手位置，还可用于测量弹药试验火炮的着落点和空中炸点。在航空航天领域，可以使用声源定位技术来测量位置。此外，在现代军事战争中，坦克具有防护力强，机动性能好，火力强劲等特点，所以在地面战斗上能压制敌人；武装直升机以其灵活的运作方式和独特的超低飞行能力也深受战争的信赖。但随着现在隐身技术的迅速发展，应用在坦克和直升机上的传统检测技术已经丧失作用，在这种情况下，被动声源探测技术将发挥巨大的优势。

2声源定位技术的研究状况

声源定位技术经过几十年的发展后，检测技术已经有了一定程度的发展，也有一定程度的提高。原来的普通声波检测技术是碳粒子或冷凝器来接收声信号，无线或光纤技术传输信号，通过点蚀纸袋或墨水磁带录音来记录信号信息，随后将录音机连接到计算机上，用计算机处理采集到的信号来分析出结果。现代的声源定位现代技术中，开发出了功率集成电路，简化了测量过程。

国外的声波检测技术不仅应用在坦克和武装直升机上，而且还应用在智能地雷上。智能地雷能够找到目标的位置，在正确的时间和地点引爆，从而可以达到最有效的攻击。智能地雷的原理是依靠声源定位技术产生声源位置信息，并将其反馈到爆炸的位置控制系统中，控制起爆时间。研究这种武器能够有效打击地面坦克和低空直升飞机。

国外早在二十世纪80年代开始，就已经开始研究基于语音增强技术会议的声源定位技术。近年来，语音处理的声源定位技术已成为新的研究热点，具有广阔的应用前景和实际意义，许多国际著名公司和研究机构如IBM，贝尔，已经在开发新的用于大型会议语音增强和滤波技术的产品，部分产品已进入实际应用阶段，包括视频电话，视频会议系统，电话会议系统。还有在强噪声环境下语音采集的声源定位技术，语音识别和说话人识别软件处理，大型网站的会议记录和助听器等。这些产品应用于各种实际的社会生活场合，已经显示出巨大的优势和市场潜力。

先前已被应用于实际的声源定位算法波束形成法。基于麦克风阵列波束形成法中，阵列输出是各个阵元输出的加权总和，然后通过调整加权系数来形成理想的波束，导致在其他方向产生响应。通过观察空间波束扫描可确定声源信号的方向信息。然而，阵列的分辨率通常受到瑞利判据的限制，这是一个无法解决的棘手难题。

为了解决常规波束形成的信号处理问题，许多研究人员已经做了大量的研究，希望能够改变这种不利的因素，因此出现了各种高分辨率算法。如最小方差法，结构法，信号子空间法和最大熵谱法。与传统的波束形成方法相比，这些高分辨率算法虽然提高了阵列的分辨率，但不能解决相干源问题。

参考文献

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[2] 靳莹，杨润泽.声测定位技术的现状研究[J]. 电声技术，2007（02）.