使用音响与麦克风进行声波测距离

今天来聊一聊根据声波测距离的实验，听起来比较迷，但这是目前无线感知领域比较火的一个方向，即通过声波去获取更多的数据，并用于实际生活。

直接补补课，我们平时听到的声音就是20HZ-20000HZ的声波，因此使用计算机去模拟发出一个一定频率的波形，波遇到物理后会反射回来，通过发送波与接受波的时差t，我们可以简单这么去想，声波的速度v=343m/s，那么就可以得到距离R=v*t/2，当然，实际上并没有这么简单。

接下里简单讲讲代码及原理：

这里是一个使用matlab播放FMCW波，并使用麦克风录音的代码：

% 播放声音

A=10;%振幅

f_0=18000;%声音频率

B=2300; %带宽

T=0.02; %周期

fs=48000;   %采样频率

N=4800;    % 采样点数

t=(0:N-1)/fs; %播放时长

% tt=t.*t;

temp=mod(t,T);

tt=temp.*temp;

% y=A*cos(2*pi*(f_0*t)); %单频信号

y=A*cos(2*pi*(f_0*mod(t,T)+B*tt/(2*T))); %单频信号

% figure(2)

% subplot(1,2,1);

plot(t,y);

xlabel('时间');

ylabel('振幅');

title('原始声波图像');

sound(y,fs);  %通过声卡放音

%录音

recordFs=48000; %麦克风采用率

deviceId=3;  %设备号是3

nChannels=1; %单通道是1

nBits = 8; %采样位数

myVoice = audiorecorder(recordFs,nBits,nChannels);

% Define callbacks to show when

% recording starts and completes.

myVoice.StartFcn = 'disp(''Start speaking.'')';

myVoice.StopFcn = 'disp(''End of recording.'')';

time=0.1;

N2=time*recordFs;  % 采样点数

record(myVoice, time);

获取到波后，进行的分析如下：

这里是一个对接受到的信号进行fft的过程

% %% 接受信号

%预处理

%Store data in double-precision array.

myRecording = getaudiodata(myVoice);

lFreq=f_0;

hFreq=lFreq+B;

% band pass，过滤波

[b,a]   = butter(3,[lFreq hFreq]/(fs/2),'bandpass');

myRecording       = filter(b,a,myRecording);

%reshape

myRecording=reshape(myRecording,1,N2);

myRecording=myRecording*1000;

t1=(0:N2-1)/recordFs;

figure(2)

subplot(1,2,1);

plot(t1,myRecording)

%fft

start_p=1;

end_p=4800;

number=end_p-start_p+1;

Y = fft(myRecording(start_p:end_p));

P2 = abs(Y/number);

P1 = P2(1:number/2+1);

P1(2:end-1) = 2*P1(2:end-1);

f = 48000*(0:(number/2))/number;

subplot(1,2,2);

plot(f,P1) 

title('Single-Sfided Amplitude Spectrum of X(t)')

xlabel('f (Hz)')

ylabel('|P1(f)|')

% 求出最大的频率

[row,cow] = size(P1);    % 读取行r、列c

sendMaxFFT=-10000;

maxIndex=-1;

for i = 1:cow

    if sendMaxFFT < P1(1,i)

        sendMaxFFT = P1(1,i);

        maxIndex=i;

    end

    P1(1,i);

end

sendMaxFFT=f(1,maxIndex)

最后要做的就是将发送波的t-f的关系与接收波的t-f进行cross-correlation得出Lap，根据公式R=c*Lap/2*Fs，Fs是采样率，就可以得到距离了。(此部分正在进行实验)