激光反射法音频声源定位与语音内容解析电子科技大学光电无声理论方案

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。第三届全国光电设计大赛理论方案报告编号 :参赛题目:激光反射法音频声源定位与语音内容解析参 赛 队 伍 名 称 :光电无声所在学校:电子科技大学队长姓名:秦春伟提 交 方 案 时 间 :第三届全国光电设计大赛组委会制资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。参赛题目 :激光反射法音频声源定位与语音内容解析一 . 研究内容1. 激光探测器测量震动强度 ( 音频定位 ):A: 声源偏离两窗中间面的偏离方向判定B: 声源偏离两窗中间面的垂直距离测定本次实验利用激光探测器( 原理同激光窃听器 )定位声源偏离两窗中间面的垂直距离及偏离方向。2. 激光窃听 ( 音频解析 ) :激光窃听是指经过激光技术探测到远处人谈话的内容,是近几年来新出现的窃听技术。原理 :声源空气振动玻璃振动激光束会被玻璃反射光斑振动经过硅光片或者光电二极管光斑振动电流振动用扬声器还原成声音。本次实验利用激光窃听器原理设计出语音解析装置。二 . 研究方案（一） 声源偏离两窗中间面的垂直距离及偏离方向的确定:A: 声源偏离两窗中间面的偏离方向判定选取离两窗中间面同一水平线的垂直距离相等的两处 , 多取几次 ( 如 0.1m,0.2m, 0.4m, 0.6m等 ) ,分别用两个所设计激光探测器同时测两处玻璃震动强度 , 哪边的震动强度略强于同等距离的另一边 , 可判定声源在中心面的那一侧。B: 声源偏离两窗中间面的垂直距离测定 ( 示意图如下 )在偏离方向的基础上 , 在所判定的声源所处面 , 以中心面为起点 , 在同一水平线上 , 每隔 0.1m 测一次震动强度 , 直至强度明显减小。对比各处强度 , 选择强度最强的点为基准 , 向两边各取距离 0.5m 的两处 , 判断以上三处的强度 , 如果哪出明显强于另外两处 , 则此处为玻璃到声源的最小距离点 P。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。.直接测量中心面到最小距离点的距离即为所求垂直距离A。( 二) 声源播放内容的恢复 -激光窃听器 :本实验利用”猫眼效应”进行窃听。1. ”猫眼”效应 :”猫眼”效应在窃听中的作用有两个 , 第一个是对窃听目标进行快速发现和准确定位 , 如图 1所示 , 由于系统具有圆对称性 ,A 光线经光学系统后将聚焦于焦平面上一点 , 然后被焦平面反射后沿 A返回。同理 ,B 光线最后将沿 B返回。这种能使反射光按入射方向返回的光路被称为”猫眼”反射光路 , 从发射光处能够探测到强反射光。利用此原理 , 能够向目标发射激光束 , 当探测到光学返回率比普通目标高时 , 就能够断定此时激光正好对准目标。第二个作用是利用其较高强度的回光信号实现窃听。当前, 制约激光窃听技资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。术发展的原因在于反射光即信号光波太弱, 淹没于背景噪声之中, 不利于信号的提取与检测。而利用”猫眼”效应则能够获得较强的信号光, 理论分析表明”猫眼”目标反射光的强度是普通物体漫反射的10010000倍。这样 , 信号的提取、 解调、 音频输出等工作就会简单很多。2. 离焦量分析 :一般情况下由于探测过程中激光束不可能完全聚焦于光敏面上, 有一定的离焦量。因此经光敏面反射后形成一定束角的反射光。另外, 还有部分光因孔径的限制而被遮挡 . 设”猫眼” 的光学系统的孔径为 D,焦距为 f 。利用几何光学能够导出有效孔径 D :式中 , d 为离焦量。分析上式能够说明 , 当 D很小 , 即D << f 时, D与D的值相差不大 , 这样被光阑遮挡的光线能够忽略不计。反之, 离焦会产生一定的回波发散角。由几何光学公式能够推导出 :对于一般的光学系统 , 有 f>>d, f>> dD, 则 s 能够进一步简化为 :.因此 , ”猫眼”光学系统的焦距越长或离焦量越小, 回波发射角越小 ;光学孔径越大 ,回波发射角也就越大。3.回波功率与离焦量 d分析激光主动探测系统可探测到的光功率与发射的光峰值功率、 束散角、 目标尺寸、 大气等因素有关。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。设激光的发射角为 0 , 探测目标的距离为 R, 则从探测器发射到目标的光斑面积为 :.假设光在大气中传输是遵循几何光学原理, 大气是均匀且各向同性的,激光光束的能量分布近似均匀, 设单程大气透过率 ,激光脉冲峰值功率 P, 则在距离R 处激光光斑的单位面积功率为:设接收系统孔径面积 Ar , 目标光学系统的有效接收面积为As , 光学系统”猫眼”效应的反射系数, ”猫眼”目标回波功率为:漫反射回波功率为 :”猫眼”目标回波功率与离焦量的关系为:窃听原理当声波作用于”猫眼”目标时 , 引起光学系统振动 , 使其偏离原来位置 , 不同的位置对应不同的入射角度 , 不同的入射角度对应不同的离焦量 ( 如图 2所示 ) , 不同的离焦量引起反射光的发散角不同 , 最终引起探测回波信号功率的不同。