论文总字数：13282字

摘 要

激光方向性好，亮度高，被应用于很多领域。针对激光在定位方面的应用，本文提出用光电检测技术设计的音频定位系统并在MXY8001光电综合实验平台上验证了其一定的可行性。系统设置于室内，两组激光光斑分别打在两块相同的振动材料上，由LCCD接收激光的反射光。振动材料响应音源的声波信号时会发生对应的振动，使得光斑发生微小位移。设计通过示波器采集实验平台输出的变化的电压信号，将数据导出并用MATLAB进行滤波分析，得到声波信号达到两振动材料的时间差。在理论分析的基础上，通过实验达到了一定效果。

关键词：激光；声源定位；线阵CCD；示波器：

Design of audio source location system based on laser reflection method

Abstract

Because of good directivity and high brightness, laser has been applied to many fields. In view of the application of laser in locating, this paper puts forward the audio positioning system designed by photoelectric detection technology and validates its feasibility on the MXY8001 photoelectric comprehensive experimental platform. The system is set indoors. Two lasers are beamed respectively to two sets of the same vibrating material, and the LCCD receives the reflected light. When the vibrating material responds to the acoustic signal of the sound source, the spot changes slightly. Using the oscilloscope to collect the changed voltage signals from the experimental platform, the data is derived and the MATLAB is used to analyze the time difference of the acoustic signal to reach the two vibration material. On the basis of theoretical analysis, the experiment has achieved certain results.

Key words: laser; sound source localization; linear array CCD; oscilloscope:

目 录

摘要 I

ABSTRACT I

目录 II

第一章 绪 论 1

1.1声源定位技术概述、研究意义 1

1.2利用激光反射法的声源定位技术面临的问题和研究进展 2

1.3 激光反射法窃听定位的模型和原理 3

1.4 本论文完成的一些工作 4

第二章 实验准备 5

2.1声音定位系统设计 5

2.2表面振动测量方法的设计 7

2.3振动材料的准备 8

2.4信号采集和处理 8

第三章 实验过程 9

3.1实验平台的搭建 9

3.2实验仪器调整 10

3.3振动信号探测 12

第四章 数据分析 13

4.1实验过程中的误差: 13

4.2信号导入以及滤波分析 15

第五章 结语及展望 23

致谢 23

参考文献 24

第一章 绪 论

1.1声源定位技术概述、研究意义

声源定位技术是一项应用广泛的技术^[1-2]。该技术一般先选择目标，之后经适当的材料或器件接收声场信号，再利用配套电子设备处理，最后分析计算被接收信号相对于传感器的方向、距离。这在军用和民用系统中都具有重要意义。

在军事活动中，声源定位技术测量范围较广，从响声巨大的正在作战的炮兵阵地到隐蔽良好的狙击手，该技术都能进行精确定位；武器研制的弹药测试环节，声源定位技术能测量火炮的作用范围；在智能武器上，该技术也得到了运用，比如国外的智能地雷采用此技术能在定位目标后定时引爆，达到最有效的攻击。^[3]

在民用市场，则有在强噪声环境下采集语音的定位技术以及语音识别和说话人识别软件处理等等。另外，不同于传统的利用传声器采集信息定位^[4、5]，有公司应用光电检测技术，开发出了光纤声音振动传感器（光纤麦克风），可进行多通道测量声学定位，而且抗电磁干扰，测量频率范围广。这些产品针对社会生活的各种实际需求，拥有巨大的市场潜力与优势。

声源定位技术分为主动式声源定位和被动式声源定位。主动式定位要求有发射和接收装置，比如发射信号利用回波定位的雷达。而被动式只含有接收装置，更加隐蔽，不易受电磁波干扰。

很多行业都有声源定位技术的应用，比如：

1. 在水下目标的方位、距离、移动速度等信息的探测；
2. 生物医学领域，对血管中红血球速度的测量，对神经系统病变的检测；
3. 在地质学、勘探方面，该技术可以检测出并分析地震波；
4. 城市建设以及油气输送管道建设过程中，若发生管道泄漏，通过监测管道上两点接收到泄露点的振动信号，估计两点信号的延时即可确定泄露点；
5. 安装拾音器阵列，声源定位技术可以判断出异常音源的位置，配合摄像头，实现更准确的监控。^[6]

1.2利用激光反射法的声源定位技术面临的问题和研究进展

本文研究的基于激光反射法的音频声源定位系统设计属于被动声定位，涉及到声波振动和光信号变化的转换、表面驻波的分析^[7] 、振动测量^[8]。

一般情况下，利用激光反射法的声源定位具有监听距离长，不易被发现，无需提前安装设备等优点，而本文主要利用其光源强度高，方向性好的特点从而可以让探测器（实验中选用 LCCD）有较精确的响应。随着时代发展，复杂的监听环境对激光监听技术不断提出更高的要求。^[9]

与传统的窃听方式相比，激光窃听需要提前让探测器对准发射信号，而且不仅同样需要面对室内声源的多重反射信号、噪声及多重反射噪声，若激光经过室外环境，它的探测器还要面对其他波段电磁波的干扰，接收信号强度更受天气条件影响。

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