白噪聲和Chirp信號(hào)在聲音導(dǎo)航效果的異同

在 十五屆全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽[1] 中安排后一個(gè)聲音信標(biāo)導(dǎo)航[2] 競(jìng)賽組別。參賽同學(xué)反饋，聲音信標(biāo)發(fā)送的Chirp信號(hào)[3] 在遠(yuǎn)處聽起來(lái)會(huì)令人產(chǎn)生一種恐慌緊張的感覺(jué)，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(hào)，在聽覺(jué)上與Chirp信號(hào)有很大區(qū)別，但在導(dǎo)航的效果上與Chirp信號(hào)相同。

下面是對(duì)比兩種信號(hào)在聲音導(dǎo)航效果的異同。

?01 測(cè)試方式

通過(guò)調(diào)頻接收模塊[4] 接收信標(biāo)發(fā)送的調(diào)頻信號(hào)，與麥克接收到的信號(hào)通過(guò)相關(guān)運(yùn)算，獲得聲音時(shí)間延遲。將兩個(gè)麥克的延遲時(shí)間和調(diào)頻接收模塊獲得的信號(hào)強(qiáng)度顯示在LCD上。

▲ 車模上顯示測(cè)試結(jié)果的液晶

1.顯示屏顯示說(shuō)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(hào)強(qiáng)度）。

2.播放Chirp信號(hào)時(shí)的視頻（附件1）：

采用原始的chirp信號(hào)進(jìn)行聲音導(dǎo)航，從視頻中每移動(dòng)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(shí)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(hào)時(shí)接收端的信號(hào)

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(jī)白噪聲時(shí)的視頻（附件2）：

采用matlab生成8192個(gè)隨機(jī)白噪聲數(shù)據(jù)，然后用單片機(jī)將隨機(jī)數(shù)據(jù)按照40K的頻率進(jìn)行播放。8192個(gè)數(shù)據(jù)播放的時(shí)間為204.8毫秒。剛好與之前的chirp周期是一致的。

由于單片機(jī)的flash較小所以沒(méi)有辦法播放太長(zhǎng)的序列。同樣，視頻中也采用每移動(dòng)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(shí)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(hào)時(shí)接收端的信號(hào)

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(duì)波形做了一個(gè)1MHz 的低通濾波，便于觀看波形。

測(cè)試的時(shí)候車模端的程序是沒(méi)有改變的， 也就是說(shuō)測(cè)距算法不變的情況下，僅僅只改變信標(biāo)的聲源通過(guò)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(cè)試結(jié)果來(lái)看，播放白噪聲的確也可以實(shí)現(xiàn)測(cè)距，當(dāng)然也可以實(shí)現(xiàn)聲音定位，但從實(shí)際測(cè)試中也有以下疑問(wèn)：

1.問(wèn)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?yàn)樾盘?hào)源就是隨機(jī)的白噪聲，沒(méi)有規(guī)律可循，從分析和寫程序來(lái)說(shuō)可能沒(méi)有chirp信號(hào)那種波形能給人帶來(lái)那么直觀的感受。

▲ 播放Chirp信號(hào)進(jìn)行測(cè)量聲音延遲

2.問(wèn)題2：

相對(duì)于chirp信號(hào)來(lái)說(shuō)，隨機(jī)白噪聲聽起來(lái)會(huì)更容易讓人產(chǎn)生一種心煩的情緒，對(duì)做這個(gè)組別的同學(xué)來(lái)說(shuō)也挺頭大的，但相對(duì)于之前的chirp信號(hào)來(lái)說(shuō)，穿透力確實(shí)要弱一些，對(duì)于其他人的影響確實(shí)要小不少，但也能傳比較遠(yuǎn)。

▲ 播放噪聲信號(hào)進(jìn)行測(cè)量聲音延遲

注：感謝逐飛科技范兵提供的測(cè)試報(bào)告
參考資料

[1]

十五屆全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)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(hào): 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(hào)導(dǎo)航效果對(duì)比

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