白噪聲和Chirp信號在聲音導航效果的異同

在 十五屆全國大學生智能汽車競賽[1] 中安排后一個聲音信標導航[2] 競賽組別。參賽同學反饋，聲音信標發(fā)送的Chirp信號[3] 在遠處聽起來會令人產(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，但在導航的效果上與Chirp信號相同。

下面是對比兩種信號在聲音導航效果的異同。

?01 測試方式

通過調(diào)頻接收模塊[4] 接收信標發(fā)送的調(diào)頻信號，與麥克接收到的信號通過相關運算，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。

▲ 車模上顯示測試結果的液晶

1.顯示屏顯示說明：

第一行顯示的是麥克風1到信標的距離，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2到信標的距離，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3米多的時候代表距離的數(shù)據(jù)開始不穩(wěn)定了。

▲ 信標播放chirp信號時接收端的信號

黃色波形是麥克風接收到的波形

藍色是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。

▲ 信標播放白噪聲信號時接收端的信號

黃色波形是麥克風接收到的波形

藍色是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 結果分析

從測試結果來看，播放白噪聲的確也可以實現(xiàn)測距，當然也可以實現(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。

▲ 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]

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

[2]

聲音信標導航: 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

責任編輯：xj

原文標題：白噪聲和Chirp信號導航效果對比

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