Arranjo de microfones em sinais DOA

RESUMO Este artigo foi desenvolvido no contexto do problema de localização de atiradores pelos sinais sonoros associados ao disparo de uma arma de fogo, gravados por arranjos de microfones. As soluções do estado-da-arte envolvem a estimação de direção de chegada (DoA, Direction of Arrival) através de atrasos ´ (TDoA, Time Difference of Arrival) calculados por algoritmos da família de correlação cruzada generalizada (GCC, Generalized Cross-Correlation). Na literatura de processamento de sinais, a direção de chegada (DoA) indica a direção a partir da qual geralmente uma onda de propagação chega a um ponto, onde geralmente um conjunto de sensores está localizado. Esse conjunto de sensores forma o que é chamado de matriz de sensores. Muitas vezes há a técnica associada de beamforming que estima o sinal de uma dada direção [1] [2].

Find the direction in relation to the matrix where the sound source is located. Directions of different sound sources around you are also located by you using a process similar to those used by the algorithms in the literature. Keywords: Sound processing. Signal processing. Location Sonora. Embora algoritmos de última geração ambos as categorias podem localizar com muita precisão em campo livre de baixo ruído condições, ainda é difícil localizar fontes de som com interferência, reverberação e ruído de fundo de ruído de alto nível. A frequência de analises espacial está relacionada com a distância entre os microfones e os receptores. Mais especificamente, o foco e na determinação de DoA de um sinal acústico de disparo de arma de fogo e como selecionar sinais a serem utilizados pelo algoritmo de DoA a fim de melhorar seu desempenho.

OBJETIVOS DO TRABALHO: O problema de estimar o número de ondas ou o ângulo de chegada de uma onda plana é referido como encontrar direção ou problema de estimativa de DOA. Tem uma grande aplicação em radar, sonar, sistemas sísmicos, vigilância eletrônica, médica, diagnóstico e tratamento, radio astrologia e outras áreas. SOBRE O ARRANJO E A BASE DE DADOS O arranjo espacial de microfones utilizado e mostrado na Figura 2 onde se visualiza o vetor na direção de propagação da onda sonora, aθ,φ. Em nossos experimentos, os sinais de um disparo são coletados pelos microfones do arranjo e digitalizados por um conversor analógico-digital (A/D) multicanal de 24 bits. Figura 2 - O arranjo espacial de 7 microfones. Uma base de dados foi adquirida no Centro de Avaliações do Exército (CAEx), onde foram gravados sinais de diversos armamentos em diferentes posições.

Utilizámos, na análise aqui apresentada, dezesseis disparos com o FAL (Fuzil Automático Leve 7,62mm M964 fabricado pela IMBEL) realizados a duas diferentes distancias do arranjo de microfones: oito disparos a 236 e outros oito a 468 metros. A ideia básica em que sistemas de antena inteligente foram desenvolvidos é mais frequentemente introduzida com um simples e intuitivo exemplo que correlaciona as suas operações com o sistema de audição humano. Uma pessoa é capaz de determinar a Direção de Chegada (DoA) de um som usando um processo de três etapas: i. Os ouvidos agem como sensores acústicos e recebem o sinal; ii. Devido à separação entre os ouvidos, cada ouvido recebe o sinal com um tempo de atraso diferente; iii. O cérebro humano, um processador de sinal especializado, faz um grande número de cálculos para correlacionar informação e processa a localização do som recebido.

Sistemas elétricos de antenas inteligentes funcionam da mesma maneira usando duas antenas em vez de dois ouvidos e um processador digital de sinal em vez do cérebro. Assim, baseado nos atrasos de tempo devido aos sinais que afetam os elementos da antena, o processador digital de sinal processa a direção de chegada (DoA) do Sinal de Interesse (SOI) e depois ajusta as excitações (ganhos e fases dos sinais) para produzir um padrão de radiação focado no SOI enquanto se desliga de quaisquer interferentes ou Sinais Não Interessantes (SNOI). Transferindo a mesma ideia para sistemas de comunicação móvel, a estação base desempenha o papel do ouvinte e os telefones celulares ativos simulam o papel dos diversos sons escutados pelos ouvidos humanos. O princípio de um sistema de antena inteligente é ilustrado na figura 3.

Figura 4 - Antena elétrica inteligente de vários elementos.