Стаття

Завантажити статтю

Методи визначення координат джерела акустичного сигналу

Сергій Артемук, Ігор Микитин

Отримано 15.05.2022, Доопрацьовано 18.09.2022, Прийнято 17.10.2022

Анотація

У статті проведено літературний огляд і досліджено існуючі методи визначення координат розташування джерела акустичного сигналу. Виокремлено переваги і недоліки наведених у статті пасивних і активних методів. Ці методи можуть знайти застосування в авіації, космонавтиці, машинобудуванні й інших галузях науки та техніки, де використовують вимірювання, і призначені для визначення координат джерела акустичного сигналу. Останнім часом спостерігається тенденція зростання інтересу до використання нейронних мереж для вирішення різних завдань і застосування їх у різних сферах. За допомогою штучних нейронних мереж можна опрацьовувати, аналізувати та узагальнювати інформацію. Авторами статті було порівняно метод визначення координат розташування джерела акустичного сигналу із застосуванням штучної нейронної мережі із вже існуючими методами. У цьому методі визначають наявність сигналу від джерела акустичного сигналу у точках прийому шляхом приймання і реєстрації сигналу у просторово рознесених точках з відомими координатами та подальшого визначення різниці часу поширення сигналів від джерела до точок прийому сигналу. Наявність сигналу визначають за серединою площі прийнятого сигналу. Кількість точок прийому сигналу встановлюють на етапі навчання штучної нейронної мережі за критерієм мінімуму похибки визначення координат джерела акустичного сигналу. Різниці часу поширення сигналів від джерела до точок прийому сигналу визначають між усіма точками прийому, які розташовані впорядковано або випадковим чином, причому ці різниці часу подають на вхід попередньо навченої штучної нейронної мережі, на виході якої отримують координати джерела акустичного сигналу. Застосування цього методу дозволяє визначати координати джерела акустичного сигналу, не маючи при цьому попередньої інформації щодо відстані до джерела акустичного сигналу або будь-яких інших характеристик об’єкта, визначати координати неперіодичних сигналів, спростити процес вимірювання часових інтервалів та обчислення координат

Ключові слова:

визначення координат; акустичні сигнали; метод мінімуму; метод максимуму; радіолокація; пеленгація; штучна нейронна мережа; глибоке навчання; звук

https://doi.org/10.24025/2306-4412.3.2022.260586

Взято з Том 27, № 3, 2022

Сторінки 59-72

Використані джерела ЦИТУВАТИ

Використані джерела

[1] S. O. Kozeruk, O. I. Nyzhnyk, and N. I. Lysenko, Acoustic information systems. Kyiv, Ukraine: Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2018 [in Ukrainian]. 

[2] N. Roman, W. DeLiang, and G. J. Brown, "Speech segregation based on sound localization", The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 14, no. 4, p. 2236, July 2003. [Online]. Available: https://doi.org/10.1121/1.1610463. Accessed on: Aug. 23, 2021.

[3] F. Papi, D. Tarchi, M. Vespe, F. Oliveri, F. Borghese, G. Aulicino, and A. Vollero, "Radiolocation and tracking of automatic identification system signals for maritime situational awareness", IET Radar, Sonar & Navigation, vol. 9, no. 5, pp. 568-580, June 2015. [Online]. Available: http://dx.doi.org/ 10.1049/iet-rsn.2014.0292. Accessed on: Aug. 23, 2021.

[4] D. Byrne, and W. Noble, "Optimizing sound localization with hearing AIDS", Trends in amplification, vol. 3, no. 2, pp. 51-73, June 1998. [Online]. Available: https://doi.org/ 10.1177/108471389800300202. Accessed on: Sept. 1, 2021.

[5] S. Cheinet, and Th. Broglin, "Sensitivity of shot detection and localization to environmental propagation", Applied Acoustics, vol. 93, pp. 97-105, June 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/ j.apacoust.2015.01.021. Accessed on: Dec. 10, 2021.

[6] A. Ahrens, K. D. Lund, M. Marschall, and T. Dau, "Sound source localization with varying amount of visual information in virtual reality", Plos One, vol. 14, no. 3, March 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0214603

[7] M. A. Steadman, C. Kim, and J.-H. Lestang, "Short-term effects of sound localization training in virtual reality", Scientific Reports, vol. 9, Dec. 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1038/s41598019-54811-w. Accessed on: Dec. 11, 2021.

[8] C. Rascon, and I. Meza, "Localization of sound sources in robotics: A review", Robotics and Autonomous Systems, vol. 96, pp. 184-210, Oct. 2017. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.robot.2017.07.011. Accessed on: Jan. 15, 2022.

[9] Richard Hammond's Big: Volkswagen Mega Factory, season 1, episode 1, m. 29:15, February 2020. [Online]. Available: https://www.amazon.com/Richard-Hammonds-Big-Season-1/dp/B084NX8FLZ. Accessed on: Oct. 21, 2021. 

[10] L. Chehami, E. Moulin, J. de Rosny, C. Prada, O. B. Matar, F. Benmeddour,  and J. Assaad, "Detection and localization of a defect in a reverberant plate using acoustic field correlation", Journal  of Applied Physics, American Institute  of Physics, vol. 115, pp. 104901-1-7,  March 2014. [Online]. Available: https://doi.org/10.1063/1.4867522. Accessed on: June 1, 2022.

[11] L. Sun, and Y. Li, "Acoustic emission  sound source localization for crack  in the pipeline", In Proc. Chinese  Control and Decision Conf., 2010,  pp. 4298-4301. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/CCDC.2010.5498373. Accessed on: May 15, 2022.

[12] D. Salvati, C. Drioli, and G. L. Foresti, "Sound source and microphone localization from acoustic impulse responses",  in Proc. IEEE Signal Processing  Letters, vol. 23, no. 10, pp. 1459-1463,  Oct. 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/LSP.2016.2601878. Accessed on: Febr. 18, 2022.

[13] C. Kim, A. Menon, M. Bacchiani, and R. Stern, "Sound source separation using phase difference and reliable mask selection selection", in Proc. 2018 IEEE Int. Conf. on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), Apr. 2018, pp. 5559-5563. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/ ICASSP.2018.8462269. Accessed on: Sept. 1, 2021.

[14] L. Wang, and A. Cavallaro, "Timefrequency processing for sound source localization from a micro aerial vehicle", in Proc. 2017 IEEE Int. Conf. on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), March 2017, pp. 496-500. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/ ICASSP.2017.7952205. Accessed on: May 15, 2022.

[15] A. Schasse, C. Tendyck, and R. Martin, "Source localization based on the doppler effect", in Proc. 2012 Int. Workshop on Acoustic Signal Enhancement (IWAENC), Sept. 2012, pp. 1-4. [Online]. Available: https://ieeexplore.ieee.org/document/6309397. Accessed on: Nov. 11, 2021.

[16] J. Pak, and L. W. Shin, "Sound localization based on phase difference enhancement using deep neural networks", in Proc. IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech, and Language Processing, May 2019, pp. 1335-1345. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/TASLP.2019.2919378. Accessed on: Dec. 11, 2021.

[17] M. Ranjkesh, and R. Hasanzadeh, "A fast and accurate sound source localization method using the optimal combination of SRP and TDOA methodologies",  Journal of Information Systems and Telecommunication, vol. 3, no. 2, pp. 100108, Apr. 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.7508/jist.2015.02.005. Accessed on: Oct. 1, 2021.

[18] M. Đurković, "Localization, tracking, and separation of sound sources for cognitive robots", Dissertation, Technische Universität München, Munich, Germany, 2012.

[19] R. A. Brualdi, Introductory Combinatorics, 5th ed. Reading, Pearson Prentice Hall, 2010. [Online]. Available: https://www.academia.edu/

ЦИТУВАТИ

Artemuk, S., & Mykytyn, I. (2022). Methods of determining the coordinates of the acoustic signal source . Bulletin of Cherkasy State Technological University, 27(3), 59-72. https://doi.org/10.24025/2306-4412.3.2022.260586