系统定位精度试验结果分析

为了验证系统的定位性能、研究定位的影响因素，搭建了一套试验样机用于定位试验，样机构成如图8-2所示，样机测试实物如图8-3所示。样机中包含一个MC102/550097型电容传感器、一个PMD-1608FS型六通道同步采样数采集卡；两个供电器，一个ThinkPad E430型笔记本计算机及四个三脚架。

图8-2 样机构成简图

图8-3 样机测试实物图

试验设置的系统采样率为100kHz，采样时长为3s，分析点数为2000点，声源频率为2000～3000Hz。四个传感器坐标为S₀（0，0，0）、S₁（0，-0.5，-0.5）S₂（0.5，0，-0.5）、S₃（0.5，-0.5，-0.5），S₀设为参考传感器。

试验开始前，先测量当地声速。在（2，0，0）处发声6次，测得相距0.5m的1号、2号传声器的平均时差为0.00144s，故当地声速为347.22m/s。

为了验证系统对于空间中任意位置定位的有效性，测点位置需要有随机性。研究中用MATLAB中的round（rand（1，10）×5）函数在空间中随机生成10个位置点，再将声源放置在这10个位置做定位测试。测试点坐标分别是（1.5，0，1）、（2，0，0）、（2.5，1，0.8）、（1，0.8，1）、（2，1.5，2.5）、（0.6，1.3，2.5）、（0，0.2，1）、（0，0.8，2）、（0.95，0，1.5）、（1.5，0，3）。声源为手持式扩音器，声音清晰响亮，便于移动。

以时域图的形式显示同步采集到的四路信号，从图8-4中可以观察出它们有明显的相位差。计算它们的信噪比，SNR=12，可以进行互相关运算。由互相关算法计算各个传感器与参考传感器之间的时间延迟，得到Delay_0-1、Delay_0-2、Delay_0-3三个时延值。最后将时延值、声速、传感器坐标代入定位方程（4），用牛顿迭代法求解之，即可得到声源坐标。定位结果列于表8-2中，定位结果三维图示与测点位置对比如图8-5所示。定位试验结果表明，系统可以实现实时的较为准确的三维定位。定位系统对不同位置声源的定位误差在30cm以内，相对误差在3%～20%之间。(www.xing528.com)

图8-4 四个传感器所采集信号时域图

表8-2 定位试验结果

定位结果显示，系统可以实现三维空间内任意方位的定位，但是定位精度仍有提升的空间。影响定位结果的参数主要有传声器固定位置、传声器阵列尺寸与形式、时延值、声源频率。下面将逐一对这些参数进行研究。

图8-5 定位结果三维图示与测点位置对比