Least-square based recursive optimization for distance-based source localization

In this paper we study the problem of driving an agent to an unknown source whose location is estimated in real-time by a recursive optimization algorithm. The optimization criterion is subject to a least-square cost function constructed from the distance measurements to the target combined with the agent's self-odometry. In this work, two important issues concerning real world application are directly addressed, which is a discrete-time recursive algorithm for concurrent control and estimation, and consideration for input saturation. It is proven that with proper choices of the system's parameters, stability of all system states, including on-board estimator variables and the agent-target relative position can be achieved. The convergence of the agent's position to the target is also investigated via numerical simulation

Online Localization and Tracking of Multiple Moving Speakers in Reverberant Environments

We address the problem of online localization and tracking of multiple moving speakers in reverberant environments. The paper has the following contributions. We use the direct-path relative transfer function (DP-RTF), an inter-channel feature that encodes acoustic information robust against reverberation, and we propose an online algorithm well suited for estimating DP-RTFs associated with moving audio sources. Another crucial ingredient of the proposed method is its ability to properly assign DP-RTFs to audio-source directions. Towards this goal, we adopt a maximum-likelihood formulation and we propose to use an exponentiated gradient (EG) to efficiently update source-direction estimates starting from their currently available values. The problem of multiple speaker tracking is computationally intractable because the number of possible associations between observed source directions and physical speakers grows exponentially with time. We adopt a Bayesian framework and we propose a variational approximation of the posterior filtering distribution associated with multiple speaker tracking, as well as an efficient variational expectation-maximization (VEM) solver. The proposed online localization and tracking method is thoroughly evaluated using two datasets that contain recordings performed in real environments.Comment: IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, 201

Using Acoustic Holography for Vibration Analysis

Disertační práce se zabývá bezkontaktní analýzou vibrací pomocí metod akustické holografie v blízkém poli. Akustická holografie v blízkém poli je experimentální metoda, která rekonstruuje akustické pole v těsné blízkosti povrchu vibrujícího předmětu na základě měření akustického tlaku nebo akustické rychlosti v určité vzdálenosti od zkoumaného předmětu. Konkrétní realizace této metody závisí na použitém výpočetním algoritmu. Vlastní práce je zaměřena zejména na rozbor algoritmů, které využívají k rekonstrukci zvukového pole v blízkosti vibrujícího objektu transformaci do domény vlnových čísel (prostorová transformace), kde probíhá vlastní výpočet. V úvodu práce je vysvětlena základní teorie metody akustické holografie v blízkém poli s popisem základních vlastností a dále rozborem konkrétních nejčastěji používaných algoritmům pro lokalizaci a charakterizaci zdroje zvuku a pro následnou vibrační analýzu. Stěžejní část práce se věnuje pokročilým metodám zpracování, které se snaží určitým způsobem optimalizovat přesnost predice zvukového pole v blízkosti vibrujícího předmětu v reálných podmínkách. Jde zejména o problematiku použitého měřicího systému s akustickými snímači, které nejsou ideální, a dále o možnost měření v prostorách s difúzním charakterem zvukového pole. Pro tento případ byla na základě literárního průzkumu optimalizována a ověřena metoda využívající dvouvrstvé mikrofonní pole, které umožňuje oddělení zvukových polí přicházejících z různých stran a tedy úspěšné měření v uzavřených prostorách např. kabin automobilů a letadel. Součástí práce byla také optimalizace, rozšíření a následné ověření algoritmů publikovaných v posledních letech pro měření v reálných podmínkách za použití běžně dostupných akustických snímačů.The main aim of the thesis is application of near-field acoustic holography for non-contact vibration analysis. Near-field acoustic holography is an experimental technique for reconstruction of sound field close to the surface of the vibrating object based on measurement of sound pressure or acoustic particle velocity in certain distance from the examined object. Practical realization of this method depends on used calculation procedure. The thesis is focused on analysis of acoustic holography algorithms with transformation into wavenumber domain (spatial transformation) where the reconstruction of the sound field near vibrating object is calculated. The introductory part of the thesis describes the theory of near-field acoustic holography with general characteristics and with analysis of most common algorithms used for localization and characterization of sound source and consequent vibration analysis. Principal part of the thesis deals with advanced processing methods where these methods try to optimize the accuracy of prediction of sound field near vibrating object in real environment. In this study, real measurement conditions represent the measurement system with non-ideal acoustic sensors and also areas with reverberant sound field. Based on literature study, there has been optimized and verified the new method which uses double layer microphone array to separate incoming and outgoing sound field, thus allows successful measurement in confined space e.g. cabins of cars and airplanes. Part of the thesis has been also focused on optimization, extension and successive experimental validation of selected classical algorithms published in last decade for possible measurement in real conditions and with common acoustic sensors.