موقعيت‌يابي منبع صوت در آرايه ميكروفني با استفاده از روش مثلثاتي جايگزين روش معادلات هيپربوليك

Sound Localization in Microphone Array Using Trigonometric Method versus Hyperbolic Equations

يكي از روش هاي يافتن اهداف متحرك و تهاجمي دشمن، استفاده از دستگاه هاي موقعيت يابي است. يافتن موقعيت اين اهداف با استفاده از صوت منتشر شده از آنها، يكي از راهكارهاي پدافند غيرعامل براي مقابله و پيشگيري از تهاجم دشمن است. اين نوع شناسايي به صورت غيرفعال و بدون ارسال سيگنال صورت پذيرفته و روشي ساده براي بازدارندگي و پدافند غيرعامل است. از سيگنال‌هاي صوتي منتشر شده توسط يك منبع صوتي، مي توان به وسيله اندازه‌گيري اختلاف زمان دريافت صوت در آرايه ميكروفني، جهت و موقعيت مكاني منبع را تخمين زد. به دليل وجود فاصله بين ميكروفن‌ها در آرايه، صوت با زمان‌هاي متفاوتي به ميكروفن‌ها مي‌رسد. روش‌هاي مختلفي براي تخمين اختلاف زمان دريافت صوت در ميكروفن‌ها وجود دارد. مكان هندسي موقعيت منبع صوتي كه چنين اختلاف زماني را به وجود مي‌آورد، به صورت يك هذلولي تعريف شده است. موقعيت منبع صوت به وسيله حل مجموعه معادلات غيرخطي حاصل از اين هذلولي‌ها، به دست مي‌آيد. الگوريتم‌هاي موقعيت‌يابي صوتي عموماً به دنبال حل اين معادلات با استفاده از خطي سازي و تقارن هندسي هستند. در اين تحقيق براي به دست آوردن موقعيت منبع صوت، از روابط مثلثاتي حاصل از تقارن هندسي موجود در آرايه ميكروفني چهار جزيي به جاي معادلات هذلولي غير خطي استفاده شده است. نتيجه ها نشان مي‌دهد كه روش مثلثاتي جايگزين، داراي دقت بيشتري نسبت به روش معادلات پيچيده هيپربوليك است. هم چنين بار محاسباتي الگوريتم را نيز به شدت كاهش داده است و نويزپذيري كمتري دارد. ميانگين خطاي حاصل از نويز در روش هيپربوليك 1/13درصد و در روش مثلثاتي 9/8 درصد است.

Abstract Localization systems are usually used for detecting moving and offensive targets of enemy. The sound localization, however, is one of the main approaches in passive defense which has an impending role to aggression of enemy. This kind of localization method is carried out in a passive way, without emission of any signals and cannot be detected easily. The acoustic signals emitted by a sound source are used to detect its position. Sound source localization is estimated by measuring the time difference of sound from the microphone array. Due to the distance between the microphones in an array, sound reaches the microphone with shifting times. There are many various methods for estimating this time difference of the sound. The locus of sound source position creates a series of hyperbolic; and the source location is obtained by solving a set of nonlinear equations of these hyperbolic. Sound positioning algorithms generally solve these equations by linearization and geometric symmetry. In this study, instead of nonlinear hyperbolic equations, the trigonometric relations of geometric symmetry in a four microphone array are used to obtain the position of sound source. The results show that the trigonometric method is more accurate and less sensitive to noise as well as lower computation load, compared to the sophisticated hyperbolic equations. The mean error induced by noise is about 8.9% and 13.1% in the trigonometric and hyperbolic method respectively. Keywords: Sound Localization, Sound Source, Microphone Array, Hyperbolic Equations, Trigonometric Method.