Page 14 - 《应用声学》2022年第1期

10 2022 年 1 月

(3) 在预定声源位置先后分别播放 2 s 鸣笛，使 差仅 0.76 ，具有较高的准确性。此外，本实验在不
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用采集板进行录声； 同α 角度上多次重复估计下的标准差也明显小于其
(4) 将阵列绕z 轴分别旋转5 、10 、15 ，重复步 他两种方法，最大标准差仅为 0.32 ，这说明利用遗
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骤(3)。 传算法进行校正，在相同参数与迭代次数的情况下，
利用 4种阵列角度下阵列分别接收到的校正源 本文方法所使用代价函数更易收敛至全局最优解。
信号，估计出每次的 α 角度，以第一轮实验位置为基 综上，该实验的结果证明了本文方法具有更好的校
准 0 ，后 3 次阵列旋转情况下估计出的 α 与原始位 正性能。
◦
置的α 做差，得到 ∆α，每次角度重复估计5次，求出
角度估计的均值与标准差。实验所使用参数如表 8 5 结论
所示。
本文提出了一种对二维平面传声器阵列的坐

表 8 实验参数 标参数与旋转角度参数校正的方法。首先利用
Table 8 Experiment parameters TDOA估计值与理论值构造均方误差代价函数，再
使用遗传算法搜索全局最优解使得代价函数最小，
参数 参数值 参数 参数值
由此求解阵列的位置参数。本文在不同信噪比情
声速/(m·s −1 ) 340 传声器采样频率/kHz 16
况下，对不同形状的阵列进行了位置参数估计的
遗传算法进化代数 100 遗传算法种群规模 2000 仿真，并进行半消声室的实测数据验证。仿真与实
遗传算法交叉概率 0.5 遗传算法变异概率 0.05 验结果表明，使用该代价函数并使用遗传算法进行

该实验对本文提出方法、文献 [3] 所述 DOA- 优化可得到较为准确的位置参数，该方法在不同信
Based 方法及文献 [17] 所述 ES-Based 方法的性能 噪比情况下校正误差总体小于 DOA-Based 算法与
进行测试。图 9 的误差棒图给出了本次实验中 3 种 ES-Based 算法，并且适用于不同形状的传声器阵
列，收敛结果稳定，鲁棒性更强。
校正方法对 ∆α 的估计结果，其中点线与符号 “o”
代表真实的旋转角度 (True)，实线代表本文方法下

旋转角度估计的平均值与标准差，虚线代表 DOA- 参 考 文 献
Based方法估计结果，点划线代表ES-Based 方法估
计结果。 [1] Benesty J, Chen J, Huang Y. Microphone array signal
processing[M]. New York: Springer, 2008.
20 [2] 庸国祥, 滕鹏晓, 姬培锋, 等. 针对特定噪声频率的传声器阵
列阵形设计 [J]. 噪声与振动控制, 2020, 40(6): 14–19.
Yong Guoxiang, Teng Pengxiao, Ji Peifeng, et al. Micro-
15
phone array layout design for specific noise frequencies[J].
Noise and Vibration Control, 2020, 40(6): 14–19.
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Dα/(°) node geometry calibration in acoustic sensor networks

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0 ES-Based [4] Kutakowski P, Vales-Alonso J, Egea-López E, et al.
True
Angle-of-arrival localization based on antenna arrays for
-5 wireless sensor networks[J]. Computers and Electrical En-
-5 0 5 10 15 20
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ᄾࠄ஽ᣁᝈए/(°)
[5] Plinge A, Fink G A. Geometry calibration of dis-
tributed microphone arrays exploiting audio-visual cor-
图 9 阵列旋转角度估计结果
respondences[C]. European Signal Processing Conference.
Fig. 9 The estimated results of array rotations IEEE, 2014.
for different angles [6] Sachar J M, Silverman H F, Patterson W R. Position
calibration of large-aperture microphone arrays[C]. 2002
由实验结果可知，在不同旋转情况下的角度估
IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and
计中，本文方法估计误差总体低于其他方法，最大误 Signal Processing. IEEE, 2002, 2: II-1797-II-1800.