Control Systems and Computers, N5, 2020, Статья 2
https://doi.org/10.15407/csc.2020.04.035
Волков О.Є., Тарануха В.Ю., Ліндер Я.М., Волошенюк Д.О., Сєрєбряков А.К. Технологія акустичного моніторингу, виявлення та локалізації об’єктів у контрольованому просторі. Control Systems and Computers. 2020. № 4. С. 35-43.
УДК 534.6:519
Волков А.Е., зав. отделом, Международныйнаучно-учебный центр информационныхтехнологий и систем НАН и МОН Украины, просп. Академика Глушкова, 40, Киев 03187, Украина,alexvolk@ukr.net,
Тарануха В.Ю., к.ф.-м.н., с.н.с.,Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН и МОН Украины, просп. Академика Глушкова, 40, Киев 03187, Украина,dep185@irtc.org.ua,
Линдер Я.М., к.ф.-м.н., с.н.с.,Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН и МОН Украины, просп. Академика Глушкова, 40, Киев 03187, Украина,dep185@irtc.org.ua,
Волошенюк Д.А., н.с.,Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН и МОН Украины, просп. Академика Глушкова, 40, Киев 03187, Украина, dep185@irtc.org.ua,
Серебряков А.К., аспирант, глав.инженер, Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН и МОН Украины, просп. Академика Глушкова, 40, Киев 03187, Украина,sier.artem1002@outlook.com
ТЕХНОЛОГИЯ АКУСТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА, ОБНАРУЖЕНИЯ И ЛОКАЛИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ В КОНТРОЛИРУЕМОМ ПРОСТАНСТВЕ
Введение. Проблема определенияисточника звука сводится к решениюдвух задач: собственно определения направления на источник звука и определения расстояния до него. На практике, как правило, точное расстояние до источника звука неизвестно, поэтому его следует оценивать с помощью других входных параметров, таких как, например, полученная мощность звука и время прихода сигнала.
Их решение имеет важное значение в условиях, когда другие методы локализации объектов недоступны или затруднены, например, при ограниченной видимости.
Одним из наиболее используемых способов записи звукового сигнала является использование объединенной группы сенсоров, или микрофонов, в количестве, как правило, от 1 до 6.
Это делает возможным использование алгоритма в условиях необходимости наблюдения подвижных или неподвижных объектов, видимость которых может быть ограничена.
Цель статьи. В данной статье предлагается метод оценки расстояния до источника звука на основе записи импульсного сигнала и его дальнейшей обработки с помощью амплитудного и частотного алгоритмов. Каждый алгоритм позволяет получить достаточно точную оценку расстояния даже в том случае, когда звуковой сигнал искажен шумами или эхом.
Методы. Определение расстояния проводилось экспериментально с помощью оценки мощности входящего звука и оценки скорости изменения его частоты с расстоянием. Звуковой сигнал был записан с помощью группы из 4 микрофонов.
Результаты. Разработан алгоритм определения расстояния до источника звука по его амплитудно-частотным характеристикам. Алгоритм реализован в программной среде Matlab.
Выводы. Алгоритм оценки расстояния до источника звука предполагает выполнение цифровой низкочастотной фильтрации записанного сигнала. Благодаря такой фильтрации этот подход позволяет рассчитать расстояние до источника звука с относительно небольшой погрешностью.
Частотная составляющая была разработана в силу того, что для ряда источников звука критически важна их пространственная ориентация, которая влияет на мощность получаемого звукового сигнала, и может ввести амплитудный алгоритм в заблуждение, что приводит к значительным регулярным погрешностям (> 30%).
В целом, данный метод подходит для достаточно точного определения расстояния до источника звука в условиях ограниченной видимости и шумов.
Загрузить полный текст! (на украинском)
Ключевые слова: звуковой сигнал, источник звука, локализация источника звука, мощность звука, алгоритм определения расстояния, ограниченная видимость, кросс-корреляционная функция, импульсный сигнал, преобразование Фурье, многоканальная запись, показателькачества, относительная погрешность, нормальноераспределение, низкочастотная фильтрация.
Поступила 29.07.2020
