王順利　洪強　黃歡

摘 要 目標(biāo)聲音識別技術(shù)是語音識別的一個重要分支，它極大地提高了人們的工作效率，生活質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量。但由于語音變化范圍大，聲音識別系統(tǒng)精確匹配困難，聲音容易收到音質(zhì)，速度和背景噪聲的影響而降低識別能力。隨著語音信號處理技術(shù)的深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：人的聽覺系統(tǒng)對聲音配合物具有獨特的優(yōu)勢，它可以準(zhǔn)確地提取目標(biāo)聲特性并辨別聲音的方向和內(nèi)容，基于仿生學(xué)的聲源定位技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。

關(guān)鍵詞 仿生學(xué) 聲源定位技術(shù) 聽覺系統(tǒng) 聲音信號 目標(biāo)聲音

中圖分類號：TB51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1仿生學(xué)概覽

1.1仿生學(xué)的發(fā)展歷史

通過研究可以得出結(jié)論：一些植物和動物具有類似的功能，實際上超出人們關(guān)于這方面設(shè)計的方案需要。人們通過模仿動物和植物在技術(shù)方面得以借鑒，是一個突破。仿生學(xué)是一門交叉學(xué)科，如工程仿生技術(shù)和生物科學(xué)相結(jié)合，近年來發(fā)展迅速。對于合理應(yīng)用生物學(xué)原理，不僅要找到一些長期存在難題的解決方案，而要使這個方案完全適應(yīng)自然的需要。

仿生學(xué)研究生物學(xué)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究功能，信息控制與能量轉(zhuǎn)換等的優(yōu)良特性，而這些特性應(yīng)用于實際系統(tǒng)，用于改善現(xiàn)有的技術(shù)，并建立一個全面的自動設(shè)備，工藝，技術(shù)架構(gòu)配置系統(tǒng)等。從生物學(xué)的角度看，仿生學(xué)的一個分支，屬于生物學(xué)的應(yīng)用。仿生學(xué)作為一門獨立的學(xué)科，在1960年9月問世，仿生學(xué)在俄亥俄州空軍基地的第一次會議在美國空軍航空局召開了。從第二十世紀(jì)50年代以來，人們已經(jīng)認(rèn)識到，生物系統(tǒng)是一個開發(fā)新技術(shù)的主要途徑。人們通過數(shù)學(xué)，化學(xué)，物理和數(shù)學(xué)模型，對生物系統(tǒng)的研究，并促進(jìn)生物學(xué)快速發(fā)展，而研究生物功能的機制也取得了很大的進(jìn)步。

1.2仿生學(xué)的應(yīng)用背景

仿生學(xué)已經(jīng)進(jìn)入了各行各業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)革命的前沿，如在自動控制，航空，航海等軍事領(lǐng)域都獲得了不少的成就。科學(xué)家的靈感來自與旗魚狀突起的長針，開發(fā)超音速飛機在高速飛行時產(chǎn)生刺耳聲的屏障；從鯨魚的形狀發(fā)展?jié)撏?；通過模仿蝙蝠的行為使雷達(dá)可以在任何時間根據(jù)脈沖參數(shù)的目標(biāo)檢測方法和調(diào)整方向，提高雷達(dá)的靈敏度和抗干擾的能力。

仿生學(xué)的任務(wù)是研究生物系統(tǒng)與生俱來的能力和原則，為這些能力與原則創(chuàng)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計嶄新的設(shè)備，開展了一個全新的應(yīng)用空間。聽覺仿生模型應(yīng)該更全面地描述目標(biāo)聲識別過程?，F(xiàn)在大多數(shù)的研究沒有在本質(zhì)上對聽覺系統(tǒng)創(chuàng)建出一個合理的模型，特征提取不能夠完全體現(xiàn)出聲音的特點。因此，在聽覺系統(tǒng)模型幾何部分中建立一個更精確的語音識別系統(tǒng)是發(fā)展的必然趨勢。

1.3機器人聽覺系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著電子技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，仿人機器人（如圖1所示）的研究有了新的進(jìn)展，機器人聽覺與視覺系統(tǒng)是智能機器人的重要標(biāo)志，已成為機器人研究領(lǐng)域的一個重要研究方向，是實現(xiàn)機器人與環(huán)境的相互作用和人機交互的一個重要手段。因為聲音繞過障礙，聽覺可以由機器人多信息采集系統(tǒng)來實現(xiàn)功能，利用機器人的其他感官來彌補其他傳感系統(tǒng)無法通過非透明障礙物的缺點。此外，對于模擬人類聽覺系統(tǒng)的研究，也表明了人類對于聽覺生理能力所掌握的知識程度很高。

2聲源定位技術(shù)的發(fā)展

2.1聲源定位技術(shù)的應(yīng)用背景

聲源定位技術(shù)是對具有聽力功能的耳朵進(jìn)行仿真，利用聲波傳感裝置接收聲音，聲音信號通過電子設(shè)備進(jìn)行處理，從而實現(xiàn)并定位聲源識別的檢測，定位和聲源目標(biāo)跟蹤。利用被動聲來定位，并對多通道信號分析與處理，得出一個或多個在平面或在空間域中的聲源空間坐標(biāo)，以獲得聲源位置。

聲源定位技術(shù)具有隱蔽性強，適應(yīng)性強的優(yōu)點，成本低，逐漸受到世界各國的重視，在軍事和民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在水下感知目標(biāo)，在危險的環(huán)境中應(yīng)用程序來完成戰(zhàn)場掃雷工作。聲探測技術(shù)在許多控制裝置中得到廣泛使用，如聲雷達(dá)，被動聲納，語音識別系統(tǒng)，視頻會議系統(tǒng)和輔助收聽系統(tǒng)等。它可用于揚聲器麥克風(fēng)陣列波束的方向控制，視頻會議系統(tǒng)的對準(zhǔn)；也可用于語音信號的預(yù)處理，提供高質(zhì)量的聲音信號，提高相關(guān)的系統(tǒng)功能；檢測管道泄漏的位置，管道泄漏后的聲波振動會沿墻傳播，只要在管道泄漏的地方進(jìn)聲源振動信號的采集，就可以通過兩個信號時延估計確定泄漏的位置；在電話會議中的聲源定位，語音信號接收不同談話的人，根據(jù)不同的傳感器位置接收聲音信息，確定發(fā)言人的立場；對于室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)，安裝拾音器在走廊，房間，采集目標(biāo)方位角接收到的聲音信號，并進(jìn)一步記錄聲音和圖像目標(biāo)的信息。聲源定位技術(shù)具有應(yīng)用價值和廣闊的發(fā)展前景，值得研究。

2.2聲源定位技術(shù)的優(yōu)勢

聲源定位技術(shù)是利用電子裝置來獲知聲音位置的信號處理技術(shù)。聲源定位技術(shù)可以分為被動聲源定位和主動聲源定位兩種。主動定位包括發(fā)送和接收裝置，如雷達(dá)發(fā)射信號的使用，根據(jù)目標(biāo)的接受波形來判斷的位置。被動聲定位是接收裝置，與傳統(tǒng)的主動聲源定位技術(shù)相比，它具有隱蔽性強的優(yōu)點，不易受電磁干擾。

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