白噪聲和Chirp信號在聲音導(dǎo)航效果的異同

在 十五屆全國大學(xué)生智能汽車競賽[1] 中安排后一個聲音信標(biāo)導(dǎo)航[2] 競賽組別。參賽同學(xué)反饋，聲音信標(biāo)發(fā)送的Chirp信號[3] 在遠(yuǎn)處聽起來會令人產(chǎn)生一種恐慌緊張的感覺，極大擾民。

如果將信標(biāo)的聲音改成同樣寬帶音頻的白噪聲信號，在聽覺上與Chirp信號有很大區(qū)別，但在導(dǎo)航的效果上與Chirp信號相同。

下面是對比兩種信號在聲音導(dǎo)航效果的異同。

?01 測試方式

通過調(diào)頻接收模塊[4] 接收信標(biāo)發(fā)送的調(diào)頻信號，與麥克接收到的信號通過相關(guān)運算，獲得聲音時間延遲。將兩個麥克的延遲時間和調(diào)頻接收模塊獲得的信號強度顯示在LCD上。

▲ 車模上顯示測試結(jié)果的液晶

1.顯示屏顯示說明：

第一行顯示的是麥克風(fēng)1到信標(biāo)的距離，單位是3.14厘米，顯示的6也就是距離：

第二行顯示的是麥克風(fēng)2到信標(biāo)的距離，單位是3.14厘米，顯示的11也就是距離：

第三行顯示的FM的RSSI（信號強度）。

2.播放Chirp信號時的視頻（附件1）：

采用原始的chirp信號進行聲音導(dǎo)航，從視頻中每移動車模一段距離觀察一次距離數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，從視頻中看出大概離信標(biāo)3米多的時候代表距離的數(shù)據(jù)開始不穩(wěn)定了。

▲ 信標(biāo)播放chirp信號時接收端的信號

黃色波形是麥克風(fēng)接收到的波形

藍(lán)色是FM收到的波形

3.播放隨機白噪聲時的視頻（附件2）：

采用matlab生成8192個隨機白噪聲數(shù)據(jù)，然后用單片機將隨機數(shù)據(jù)按照40K的頻率進行播放。8192個數(shù)據(jù)播放的時間為204.8毫秒。剛好與之前的chirp周期是一致的。

由于單片機的flash較小所以沒有辦法播放太長的序列。同樣，視頻中也采用每移動車模一段距離觀察一次距離數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，從視頻中同樣可以看出大概離信標(biāo)3米多的時候代表距離的數(shù)據(jù)也開始不穩(wěn)定了。

▲ 信標(biāo)播放白噪聲信號時接收端的信號

黃色波形是麥克風(fēng)接收到的波形

藍(lán)色是FM收到的波形并對波形做了一個1MHz 的低通濾波，便于觀看波形。

測試的時候車模端的程序是沒有改變的， 也就是說測距算法不變的情況下，僅僅只改變信標(biāo)的聲源通過視頻我們可以看到兩者的效果是比較接近的。

?02 結(jié)果分析

從測試結(jié)果來看，播放白噪聲的確也可以實現(xiàn)測距，當(dāng)然也可以實現(xiàn)聲音定位，但從實際測試中也有以下疑問：

1.問題1：

從上面的白噪聲波形看，如果由人直接判斷接收到的波形，很難去分析當(dāng)前接收到的波形質(zhì)量是否可靠，因為信號源就是隨機的白噪聲，沒有規(guī)律可循，從分析和寫程序來說可能沒有chirp信號那種波形能給人帶來那么直觀的感受。

▲ 播放Chirp信號進行測量聲音延遲

2.問題2：

相對于chirp信號來說，隨機白噪聲聽起來會更容易讓人產(chǎn)生一種心煩的情緒，對做這個組別的同學(xué)來說也挺頭大的，但相對于之前的chirp信號來說，穿透力確實要弱一些，對于其他人的影響確實要小不少，但也能傳比較遠(yuǎn)。

▲ 播放噪聲信號進行測量聲音延遲

注：感謝逐飛科技范兵提供的測試報告
參考資料

[1]

十五屆全國大學(xué)生智能汽車競賽: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/106581683

[2]

聲音信標(biāo)導(dǎo)航: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/104231420

[3]

Chirp信號: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/105762739

[4]

調(diào)頻接收模塊: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/104121689

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：白噪聲和Chirp信號導(dǎo)航效果對比

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