交通量声频检测的研究
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摘要
本论文从分析现行的交通量检测方法的现状出发，提出了一种新的交通量检测方法。对麦克风阵列所采集车辆通过的声频信号，运用阵列信号处理理论进行离线处理，可以较准确地估计交通流量和上下行车辆数目。文中详细介绍了声波传播的基本知识、信号传输模型；窄带和宽带信号的阵列处理模型；信号源个数估计理论；波达方向估计理论以及高阶统计量在阵列信号处理中的应用。提出了将车辆个数估计转化为阵列信号处理中的信号源个数估计，进而得到道路交通量；将上下行车辆的数目的估计转化为阵列信号处理中的波达方向(DOA)变化估计，进而得到车辆上下行数目估计。最后通过实验论证了该方法的可行性。
In this dissertation , a new method of traffic volume detection is presented. The noise signal of passing car is gathered through microphone array, and processed off line with array signal processing theory , thus traffic volume and up and down vehicles can be estimated accurately. The condition of current traffic volume detection methods is also analyzed. Subsequently, the primary knowledge of sound wave and the model of signal transmission are introduced .At last, the models of the narrowband and broadband array signal processing , the theory of the number of source signal estimation , the theory of invariable estimation and usage of high-order statistics in array signal processing are presented. In this paper, the problem of the number of vehicle estimation can be transformed into the number of signal source estimation, and the problem of up and down vehicles estimation can be transformed into DOA estimation alteration of array signal processing. As a result, we can get the traffic volume estimation and up and down vehicles estimation . At last, we prove that the method is feasible by experiment.
In this dissertation , a new method of traffic volume detection is presented. The noise signal of passing car is gathered through microphone array, and processed off line with array signal processing theory , thus traffic volume and up and down vehicles can be estimated accurately. The condition of current traffic volume detection methods is also analyzed. Subsequently, the primary knowledge of sound wave and the model of signal transmission are introduced .At last, the models of the narrowband and broadband array signal processing , the theory of the number of source signal estimation , the theory of invariable estimation and usage of high-order statistics in array signal processing are presented. In this paper, the problem of the number of vehicle estimation can be transformed into the number of signal source estimation, and the problem of up and down vehicles estimation can be transformed into DOA estimation alteration of array signal processing. As a result, we can get the traffic volume estimation and up and down vehicles estimation . At last, we prove that the method is feasible by experiment.
引文
【1】 张贤达、保铮，通信信号处理，国防工业出版社，2000年12月
【2】 张贤达，现代信号处理，清华大学出版社，1995年5月
【3】 张贤达、保铮，非平稳信号分析与处理，国防工业出版社，1998年9月
【4】 张贤达，时间序列分析-高阶统计量方法，清华大学出版社，1996年6月
【5】 张贤达，信号处理中的线性代数，科学出版社 1997年
【6】 邹谋炎，反卷积和信号复原，国防工业出版社，2001年3月
【7】 胡广书，数字信号处理—理论、算法与实现，清华大学出版社，1997年8月
【8】 A．V．奥本海姆等，数字信号处理，西安交通大学出版社
【9】 王永良、彭应宁，空时自适应信号处理，清华大学出版社，2000年9月
【10】 沈福民，自适应信号处理，西安电子科技大学出版社，2001年2月
【11】 张继德，汽车轮胎学，北京理工大学出版社，1996年2月
【12】 杜广生，汽车空气动力学，中国标准出版社，1999年9月
【13】 M．米奇克著，陈荫三译，汽车动力学，人民交通出版社，1994年12月，
【14】 噪声控制与室内声学，工人出版社，1981年8月
【15】 L．H．肖丁尼斯基著，林达悃、李崇理译，声音·人·建筑，中国建筑工业出版社，1981年8月
【16】 建筑声学设计手册，中国建筑工业出版社，1987年7月
【17】 楼顺天、李博菡，基于MATLAB的系统分析与设计—信号处理，西安电子科技大学出版社，1998年9月
【18】 伯晓晨，李涛，刘路，MATLAB工具箱应用指南—信息工程篇，电子工业出版社 2000年4月
【19】 MATLAB user's Guide. The Mathworks ,Inc. 1995年
【20】 Signal Processing Toolbox User's Guide. The Mathworks, Inc. 1995年
【21】 Michael S. Brandstcin, John E. Adcock and Harvcy E. Silverman. A Closed-Form Method for Finding Source Locations from Microphone-Array Time-Delay Estimations, in Proc. of ICASSP'95, vol. Ⅱ, 1995.
【22】 Hiroshi Saruwatari, Toshiya Kawamura,and Kiyohiro Shikano. Blind Source Separation for Speech Based on Fast-Convergence Algorithm with ICA and Beamforming. Eurospeech 2001, Scandinavia.
【23】 L. parra and C. Spence. Convolutive Blind Separation of non-stationary Source. IEEE Trans. Speech &Audio process, vol. 8 pp. 320-327,2000.
【24】 Mattias Dohl, Ingvar Claesson and Sven Nordebo .Simultaneous Echo Cancellation and Noise Suppression Employing A Microphone Array in Proc. of ICASSP'97,1997.
【25】 S. Valaee and P. kabal The Optimal Focusing Subspace for Coherent Signal Subspace Processing IEEE Transaction on Signal Processing vol. 44.1995.
【26】 S. Nordholm, I. Claesson and B. Bengtsson. Adaptive Array Noise Supression of Handsfree Speaker Input in Cars. IEEE Trans, Vehicular Tech, vol. 42.1993.
【27】 A. Salim Kayhan, Moeness G. Amin. Spatial Evolutionary Spectrum for DOA Estimation and Blind Signal Separation. IEEE transactions on Signal Processing vol. 48. 2000.
【28】 Monika Agrawal, Surendra Prasad .Broadband DOA Estimation Using "Spatial-Only" Modeling of Array Data. IEEE transactions on Signal Processing vol. 48. 2000.
【29】 H. Hung, M. Kaveh. Focusing matrices for coherent signal-subspace
processing. IEEE transactions on Acoust, Speech, Signal Processing vol. 36. 1988.
【30】T.w. Anderson, Asymptotic theory for principal component analysis. Ann, March, STATE vol. 34,1965.
【31】Krolil. J. Swingler D.N. The detection of coherent wideband focusing for a spatially resampled array. In:Proc IEEE ICASSP. 1990.
【32】张洪渊，贾鹏，史习智，确定盲分离中未知信号源个数的奇异值分解法，《上海交通大学学报》，2001(8)
【33】智婉君，李志舜，一种宽带源高分辨测向的降维处理方法，《声学学报》，1999(5)
【34】俞悟周，王佐明，轿车风噪声及其测量，《声学技术》，2000(1)
【35】吴小培，冯焕清等，基于独立分量的混合声音信号分离，《中国科学技术大学学报》，2001(2)
【36】张淑敏，乔维高，金先龙，汽车噪声的模拟及其应用《汽车技术》，1997(8)
【37】季茂荣，温蓉，王伟策，机动目标的噪声识别和定位系统的研究，《应用声学》16卷1期
【38】雷中定，黄绣呻，张树京，宽带波达方向估计新方法及性能分析，《电子学报》，1998(3)
【39】李平安，孙进才等，相干带宽聚焦的新实现，《通信学报》1996(1)
【40】张群飞，黄建国，保铮，用子空间旋转不变法同时估计水下多目标的距离和方位，《声学学报》，1999(1)
【41】肖国有，相明等，多通道声纳信号的数字模拟，《西北工业大学学报》，1997(2)
【42】高烽，《多普勒雷达导引头信号处理技术》，国防工业出版社，2001年3月
【43】王艺，粟欣，张忠培，多用户检测中信号子空间维数的估计，《无线通信技术》，2001(3)
【44】李平安，俞亦章，孙进才，一种有效的高分辨阵列处理新算法，《西北工业大学学报》，1995(11)
【45】廖桂生，保铮，一种新的旋转不变方法实现起伏目标的高分辨方向—多普勒频率盲估计，《电子学报》，1996(12)
【46】高世伟，保铮，实现对空间相关信号源高分辨的一类新的信号子空间估计方法，《西北电讯工程学院学报》，1988年(3)
【47】姜紫峰，谭光莉，车辆检测器的进展，《公路交通科技》，1996年3月
【48】俞悟周，毛东兴，王佐明，轮胎／路面噪声及其测量，《声学技术》，2000年2月
【49】章新华，张安清，孙剑平，一种信号源数目的盲估计方法，《系统工程与电子技术》，2001年9月
【2】 张贤达，现代信号处理，清华大学出版社，1995年5月
【3】 张贤达、保铮，非平稳信号分析与处理，国防工业出版社，1998年9月
【4】 张贤达，时间序列分析-高阶统计量方法，清华大学出版社，1996年6月
【5】 张贤达，信号处理中的线性代数，科学出版社 1997年
【6】 邹谋炎，反卷积和信号复原，国防工业出版社，2001年3月
【7】 胡广书，数字信号处理—理论、算法与实现，清华大学出版社，1997年8月
【8】 A．V．奥本海姆等，数字信号处理，西安交通大学出版社
【9】 王永良、彭应宁，空时自适应信号处理，清华大学出版社，2000年9月
【10】 沈福民，自适应信号处理，西安电子科技大学出版社，2001年2月
【11】 张继德，汽车轮胎学，北京理工大学出版社，1996年2月
【12】 杜广生，汽车空气动力学，中国标准出版社，1999年9月
【13】 M．米奇克著，陈荫三译，汽车动力学，人民交通出版社，1994年12月，
【14】 噪声控制与室内声学，工人出版社，1981年8月
【15】 L．H．肖丁尼斯基著，林达悃、李崇理译，声音·人·建筑，中国建筑工业出版社，1981年8月
【16】 建筑声学设计手册，中国建筑工业出版社，1987年7月
【17】 楼顺天、李博菡，基于MATLAB的系统分析与设计—信号处理，西安电子科技大学出版社，1998年9月
【18】 伯晓晨，李涛，刘路，MATLAB工具箱应用指南—信息工程篇，电子工业出版社 2000年4月
【19】 MATLAB user's Guide. The Mathworks ,Inc. 1995年
【20】 Signal Processing Toolbox User's Guide. The Mathworks, Inc. 1995年
【21】 Michael S. Brandstcin, John E. Adcock and Harvcy E. Silverman. A Closed-Form Method for Finding Source Locations from Microphone-Array Time-Delay Estimations, in Proc. of ICASSP'95, vol. Ⅱ, 1995.
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【25】 S. Valaee and P. kabal The Optimal Focusing Subspace for Coherent Signal Subspace Processing IEEE Transaction on Signal Processing vol. 44.1995.
【26】 S. Nordholm, I. Claesson and B. Bengtsson. Adaptive Array Noise Supression of Handsfree Speaker Input in Cars. IEEE Trans, Vehicular Tech, vol. 42.1993.
【27】 A. Salim Kayhan, Moeness G. Amin. Spatial Evolutionary Spectrum for DOA Estimation and Blind Signal Separation. IEEE transactions on Signal Processing vol. 48. 2000.
【28】 Monika Agrawal, Surendra Prasad .Broadband DOA Estimation Using "Spatial-Only" Modeling of Array Data. IEEE transactions on Signal Processing vol. 48. 2000.
【29】 H. Hung, M. Kaveh. Focusing matrices for coherent signal-subspace
processing. IEEE transactions on Acoust, Speech, Signal Processing vol. 36. 1988.
【30】T.w. Anderson, Asymptotic theory for principal component analysis. Ann, March, STATE vol. 34,1965.
【31】Krolil. J. Swingler D.N. The detection of coherent wideband focusing for a spatially resampled array. In:Proc IEEE ICASSP. 1990.
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【40】张群飞，黄建国，保铮，用子空间旋转不变法同时估计水下多目标的距离和方位，《声学学报》，1999(1)
【41】肖国有，相明等，多通道声纳信号的数字模拟，《西北工业大学学报》，1997(2)
【42】高烽，《多普勒雷达导引头信号处理技术》，国防工业出版社，2001年3月
【43】王艺，粟欣，张忠培，多用户检测中信号子空间维数的估计，《无线通信技术》，2001(3)
【44】李平安，俞亦章，孙进才，一种有效的高分辨阵列处理新算法，《西北工业大学学报》，1995(11)
【45】廖桂生，保铮，一种新的旋转不变方法实现起伏目标的高分辨方向—多普勒频率盲估计，《电子学报》，1996(12)
【46】高世伟，保铮，实现对空间相关信号源高分辨的一类新的信号子空间估计方法，《西北电讯工程学院学报》，1988年(3)
【47】姜紫峰，谭光莉，车辆检测器的进展，《公路交通科技》，1996年3月
【48】俞悟周，毛东兴，王佐明，轮胎／路面噪声及其测量，《声学技术》，2000年2月
【49】章新华，张安清，孙剑平，一种信号源数目的盲估计方法，《系统工程与电子技术》，2001年9月