机器人技术是一种综合性的技术，其集成了传感技术、信号处理、控制理论、伤生学和人工智能等多学科的发展成果，代表着高新技术的发展前沿，是一个国家工业自动化程度和高科技水平的意要标志和体现，也是当前科技研究的热点方向。声源定位计算是智能机器人智能化的重要标志和体现。为了使其面对复杂的环境的变化做出正确的判断，现在机器人大多具备多种感官。作为人类和拟人机器人很重要的感受外部信息的能力———听觉，他可以帮助人们识别和寻找周围环境中发声的物体，并实现声源位置的确定。

目前，机器人声源定位的研究还处在初级阶段。从仿生的角度出发，研究人类听觉系统的理论如双耳效应和耳廓效应，可以为机器人实现声源定位提供理论方法。机器人听觉定位可以弥补视觉系统在黑暗等环境中难以完成定位的缺点。研究智能机器人听觉系统可以实现移动机器人对声源的搜寻与定位，这可以为移动机器人自主决策和行为提供依据，增强机器人在工作中的适应性，使机器人有较高的鲁棒性。机器人的声源定位功能在军事、航天、科考等领域都有着很重要的应用。所以通过仿生学方法来模拟机器人听觉系统，使机器人在复杂的工作环境下实现基于听觉感知的声源目标定位功能，具有广阔的应用范围和深远的应用场景。

由于机器人声源目标定位技术有着广阔的应用前景，近年来受到国内外众多学者的关注。巨大的资金与科研力量投入到声源定位研究中，美国、日本等发达国家都在机器人听觉领域都取得了非常显著的成就。1983 年 Lyon提出利用仿照人类双耳的结构和生理上的听觉原理，把人类听觉技术应用于机器人三维空间定位。2001 年至 2003 年，Nakadai等科学家基利用仿人机器人 SIG 的双耳听觉方法来进行声源水平角的定位。由立体视觉扩展的听觉对极几何理论( Epipolar Geometry) 可以准确的地估计出声源产生的双耳相位差( Interaural Phase Difference，IPD) 。2005 年日本熊本大学的 Kumon等人利用声波信号在人工耳廓中所产生的对声音频谱影响的变化规律设计了一个人工耳廓。人工耳廓必须对于声源的俯仰角非对称，这样才可以保证利用耳廓确定不同声源信号的俯仰角。实验证明，该耳廓具有较明显的谱峰。2008年本田欧洲研究院的 Rodemann1等利用仿人耳蜗和双麦克风进行声源的三维方向定位。

拟人机器人声源定位的研究在国内开始比较晚，最近几年来，国内的一些学者和高等院校对此课题进行了广泛的研究。取得了很好的成果。2003年，在声源定位方法中陈华伟等提出了基于平方相干函数的频域自适应最大似然时延估计的算法。2004 年，陈可等通过建立以升压幅度比为参量的约束条件表达式进行声源定位。2011 年，北京大学深圳研究生院在获取四阶累积量谱的基础上，

提出了一种能抑制相关噪音干扰的基于时间延迟估计( TDE) 声源定位算法。

2. 研究的基本内容与方案

1.基本内容和目标

本次设计主要内容是以移动机器人为载体，设计一种针对运动声源（考虑人的语音）的定位方法，并利用移动机器人对该运动声源进行跟踪。根据设计的题目和要求，我制订了以下设计内容。

2.声源定位系统

本次设计中我是利用双耳效应来进行声源的定位。我们可以利用麦克风充当机器人的双耳.机器人左右耳之间有一定的距离，声音传播到左右耳时会产生距离差，距离的差异造成声音到双耳的时间差异，也就是相对时延值。不同的方位角产生的时延值也不同。当声音处于远场时，不同的声源位置可以根据双耳接受信号的时间差来判别声音方位。这种定位原理迅速对声源位置做出反应，可以应用计算实时位置。并且运算量比较低，精度相对较高，能够在实际环境中应用.我们可以利用这种时延估计方法来确定声源的位置。

2.1声音拾取单元设计

本次设计采用 Altera 公司的 CycloneⅢ系列 FPGA 芯片EP3C16F484 作为核心处理器。使用 UDA1341 芯片作为前端音频信号采集电路的处理芯片，使用两个高灵敏度的麦克风作为音频信号的传感器。两个麦克风朝向同一方向，间距0.5 m并行放置。麦克风在使用前需要标定，保证麦克风在同一位置接受同一信号时，其接收到的信号的幅值一致。为了记录数据，在系统中添加了一个4 Mb的FLASH存储器，使用一片带字库的16×2的液晶用于显示定位信息。系统框图如图1所示。

音频信号采集电路