Acoustic signal is crucial for the autonomous navigation of underwater vehicles. For this purpose, this paper presents a method of acoustic source localization. The proposed method is based on the probabilistic estimation of time delay of acoustic signals received by two hydrophones. Using Bayesian update process, the proposed method can provide reliable estimation of direction angle of the acoustic source. The acquired direction information is used to estimate the location of the acoustic source. By accumulating direction information from various vehicle locations, the acoustic source localization is achieved using extended Kalman filter. The proposed method can provide a reliable estimation of the direction and location of the acoustic source, even under for a noisy acoustic signal. Experimental results demonstrate the performance of the proposed acoustic source localization method in a real sea environment.
Even though several deep learning-based methods have been applied in the field of acoustic source localization, the previous works have only been conducted using the two-dimensional representation of the beamforming maps, particularly with the planar array system. While the acoustic sources are more required to be localized in a spherical microphone array system considering that we live and hear in the 3D world, the conventional 2D equirectangular map of the spherical beamforming map is highly vulnerable to the distortion that occurs when the 3D map is projected to the 2D space. In this study, a 3D deep learning approach is proposed to fulfill accurate source localization via distortion-free 3D representation. A target function is first proposed to obtain 3D source distribution maps that can represent multiple sources' positional and strength information. While the proposed target map expands the source localization task into a point-wise prediction task, a PointNet-based deep neural network is developed to precisely estimate the multiple sources' positions and strength information. While the proposed model's localization performance is evaluated, it is shown that the proposed method can achieve improved localization results from both quantitative and qualitative perspectives.
Acoustic based localization is essential to operate autonomous robotic systems in underwater environment where the use of sensorial data is limited. This paper proposes a localization method using artificial underwater acoustic sources. The proposed method acquires directional angles of acoustic sources using time difference of arrivals of two hydrophones. For this purpose, a probabilistic approach is used for accurate estimation of the time delay. Then, Gaussian sum filter based SLAM technique is used to localize both acoustic sources and underwater vehicle. It is performed by using bearing of acoustic sources as measurement and inertial sensors as prediction model. The proposed method can handle directional ambiguity of time difference based source localization by generating Gaussian models corresponding to possible locations of both front and back sides. Through these processes, the proposed method can provide reliable localization method for underwater vehicles without any prior information of source locations. The performance of the proposed method is verified by experimental results conducted in a real sea environment.
This paper reviews several multi-source localization methods which estimate ITDs based on zero crossings (ZCs). Employing signal-to-noise ratio (SNR) estimation from ITD variances, these ZC-based source localization methods are more robust to diffuse noise than the cross-correlation (CC)-based one with less computational complexity. In order to take reverberant environments into account, two approaches detect intervals which dominantly contain direct-path components from sources to sensors because they may effectively provide reliable ITDDs corresponding to source directions. One accomplishes the detection by comparing the original and cepstral-prefiltering-processed envelopes, and the other searches sudden increase of acoustic energy by considering typical characteristics of acoustic reverberation. Experiments for comparison of these methods demonstrate that the approach with energy-based detection efficiently achieves multi-source localization in reverberant environments.
Park, Cheolsoo;Woojae Seong;Park, Hang-Soon;Lee, Kyu-Yeul
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.20
no.1E
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pp.31-37
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2001
Matched Field Processing (MFP) is a successive process of correcting mismatches between true and assumed parameters by matching the measured acoustic field data with numerically simulated data which we call replica. The MFP is widely used both in geo-acoustic parameter inversions and in source localizations. Whether a certain parameter can be inverted effectively or whether a source can be localized correctly depends on the amount of the influence that a parameter has on the acoustic field during the matching process. Sensitive parameters can be better estimated than the less sensitive ones in MFP. On the contrary, the sensitive parameters affect adversely on the source localization results when they have uncertainties. In this paper, a sensitivity index is defined based upon the field variation resulting from the perturbed parameters. Numerical test results show that the index behaves in accordance with the results of source localization under a mismatched environment and also with the inversion solutions.
The aim of the work described in this paper is to develop a complex underground acoustic system which detects and localizes the origin of an underground hammering sound using an array of hydrophones located about loom underground. Three different methods for the sound localization will be presented, a time-delay method, a power-attenuation method and a hybrid method. In the time-delay method, the cross correlation of the signals received from the way of sensors is used to calculate the time delays between those signals. In the power-attenuation method, the powers of the received signals provide a measure of the distances of the source from the sensors. A new hybrid method has been developed for estimating the origin of the underground acoustic source by coupling both methods. The Nelder-Meade simplex search algorithm is then used to numerically estimate the position of the source in those methods. For each method the sound localization is carried out in three dimensions underground. The distance between the true and estimated origins of the source is in some cases less than 6m for a search area of radius 250m.
The aim of the work described in this paper is to develop a complex underground acoustic system which detects and localizes the origin of an underground hammering sound using an array of hydrophones located about 100m underground. Three different methods for the sound localization will be presented, a time-delay method, a power-attenuation method and a hybrid method. In the time-delay method, the cross correlation of the signals received from the array of sensors is used to calculate the time delays between those signals. In the power-attenuation method, the powers of the received signals provide a measure of the distances of the source from the sensors. In the hybrid method, both informations of time-delays and power-ratios are coupled together to produce better performance of position estimation. A new acoustic imaging technique has been developed for improving the hybrid method. This new acoustic imaging method shows the multi-dimensional distribution of the normalized cost function, so as to indicate the trend of the minimizing direction toward the source location. For each method the sound localization is carried out in three dimensions underground. The distance between the true and estimated origins of the source is 28m for a search area of radius 250m.
The problem of sound source localization is to determine the position of sound sources using the measurement of the acoustic signals received by microphones. To develop a good sound source localization system which is applicable to a mobile platform such as robots, a time delay estimator with low computational complexity and robustness to background noise or reverberations is necessary. In this paper, an explicit adaptive time delay estimation method for a sound source localization system is proposed. Proposed explicit adaptive time estimation algorithm employs direct adaptation of the delay parameter using a transform-based optimization technique, rather than...
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.12
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pp.1241-1248
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2004
This paper presents an acoustic source localization technique on 2D cavity model in flow using a phased microphone array. Investigation was performed on cavity flows of open and closed types. The source distributions on 2D cavity flow were investigated in an anechoic open-jet wind tunnel. The array of microphones was placed outside the flow to measure the far field acoustic signals. The optimum sensor placement was decided by varying the relative location of the microphones to improve the spatial resolution. Pressure transducers were flush-mounted on the cavity surface to measure the near-filed pressures. It is shown that the propagated far field acoustic pressures are closely correlated to the near-field pressures and their spectral contents are affected by the cavity parameter L/D.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.701-708
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2003
This paper presents an acoustic source localization technique on 2D cavity model in flow using a phased microphone way. Investigation was performed on cavity flows of open and closed types. The source distributions on 2D cavity flow were investigated in anechoic open-jet wind tunnel. The array of microphones was placed outside the flow to measure the far field acoustic signals. The optimum sensor placement was decided by varying the relative location of the microphones to improve the spatial resolution. Pressure transducers were flush-mounted on the cavity surface to measure the near-filed pressures. It is shown that the propagated far field acoustic pressures are closely correlated to the near-field pressures. It is also shown that their spectral contents are affected by the cavity parameter L/D.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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