面向鸟类鸣叫声指数的麦克风阵列信号处理

作     者：周文扬 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许志勇

授予年度：2020年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0711[理学-系统科学] 07[理学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：鸟类鸣叫声指数 麦克风阵列 广义互相关 广义旁瓣对消器 

摘      要：生态评估对于保护生态环境、指导生态文明建设具有重要意义,是生态文明建设的重要组成部分。鸟类作为一种分布广泛的环境指示生物,能够反映栖息地生态环境的变化。鸟鸣声学监测作为一种非入侵的监测方法,可以用于评估区域生态环境水平。本文介绍了一种面向鸟类鸣叫声指数计算的麦克风阵列处理方法。鸟类鸣叫声指数从音景生态学角度出发,利用声学复杂性来代替物种复杂性,在不需要先验知识的前提下能够切实可行地评估该区域鸟类物种多样性。由于野外环境复杂,并且存在场地、设备等限制,鸟类鸣叫位置与声音采集设备之间的距离存在差异,导致采集到的鸟声信号信噪比不同。针对这种情况,首先探究了鸟类鸣叫声指数与信噪比之间的相关关系,发现不同的鸟类鸣叫声指数随着信噪比的改变会呈现出不同的变化。因此,有必要对采集到的鸟声数据进行鸟声信号增强,以降低鸟声传播距离对于鸟类鸣叫声指数的影响,使得鸟类鸣叫声指数能够更加真实准确地反映该区域的鸟类多样性水平。本文采用麦克风阵列技术增强鸟声信号并抑制环境噪声,并探讨了面向鸟类鸣叫声指数的麦克风阵列信号处理方法。该方法通过相位变换加权广义互相关算法进行信号时延估计,基于广义旁瓣对消器结构增强鸟声信号,提高鸟声信号信噪比,使得获得的鸟声信号更为纯净,进而提高鸟类鸣叫声指数的稳健性。最后通过仿真实验和实测数据处理,验证本文增强方法的效果。结果表明,本文增强方法可以增强鸟声信号,对于机械噪声也有不错的抑制效果。同时,该增强方法可以提高鸟类鸣叫声指数的稳健性。