一种多声源数据采集系统设计及仿真

0 引言

多声源定位技术因其在智能机器人以及视频会议等的广泛应用而日益成为研究的热点。基于麦克风阵列的多声源定位是指采用麦克风阵列接收声音信号，通过对采集到的多路信号进行分析及处理，并结合麦克风的几何关系最终得出多个声源的坐标。设计了多声源数据采集系统仿真及实验平台。

计算机编程语言中，VisualBasic 6.0 是Microsoft 公司推出的面向对象的可视化开发编程工具， 具有丰富的数据类型和结构化程序结构，开发效率高，界面制作美观方便等优点，且应用日益广泛，故Visual Basic 6.0 语言做到了真正的面向对象编程。此外，在数据采集和数据处理的系统中，PC机软件资源丰富，人际交互方便等优点。以PC 机作为实验平台，能实时快速的实现数据的采集及处理等。此外，实验平台能实现多声源数据的同时采集，因此本设计采集到的数据能够很好的应用于多声源定位的算法研究中。

1 系统仿真的原理、组成及实验平台搭建

1.1 系统仿真中的麦克风阵列结构及信号模型

L 型麦克风阵列数学模型如图1 所示：

上图中的为声源的位置， 为声源的中心频率，为声源与轴连线的夹角， 为声源到坐标原点的距离。L型麦克风阵列由X 轴和Y 轴上阵元个数均为M 的均匀线阵X,Y 构成，阵元间的距离为D,均小于信号波长的四分之一，阵列输出的噪声为均值为零，方差为的统计独立的高斯白噪声，和信号源不相关。

设平面内有K 个独立的信号源发射到此阵列上，以坐标原点处阵元为参考阵元，则阵列X、Y 接收到的信号矢量分别为：

1.2 系统仿真结果

仿真界面主要包括：多个声源位置，波形，幅值，相位及频率的设置;坐标轴的横、纵坐标范围均为0-10 米;麦克风阵列的几何位置;采样频率;A/D 转换;采集数据集、声源及麦克风添加信息的保存路径等。

图3 显示添加的声源及麦克风的信息，各麦克风得到的声音信号波形如图4 所示：

仿真最终要应用在实际中，仿真中采用的信号频率范围为声源信号的范围[20,20000]Hz,幅度范围为[0,1]V,采样频率取值分别设置为8000Hz、90000Hz,A/D 转换等。