Akustik konum tespiti için hibrit tdoa–fdoa modeli ve matlab simülasyonu
Hybrid tdoa–fdoa model and matlab simulation for acoustic localization
- Tez No: 1003210
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA NUR AKI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Ticaret Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde ses kaynaklarının konumunun doğru ve hızlı bir şekilde belirlenmesi; savunma sanayii, akıllı ve otonom sistemler, robotik uygulamalar, akıllı binalar ve acil durum arama–kurtarma senaryoları gibi pek çok alanda kritik öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında, farklı geometriye ve sayıya sahip mikrofon dizileri kullanılarak farklı hareket modelindeki ses kaynakları için iki boyutlu uzayda konum ve hız kestiriminin yapılabildiği bir yöntem önerilmektedir. Önerilen yaklaşım, Varış Zamanı Farkı (TDOA) ve Varış Frekansı Farkı (FDOA) yöntemlerini hibrit biçimde birleştirerek ses kaynağının hem konumunun hem de hız vektörünün yüksek doğrulukla kestirimini amaçlamaktadır. Çalışmada öncelikle akustik kaynak konum kestirimi sistemlerinde kullanılan TDOA, FDOA, MUSIC ve ESPRIT gibi yöntemlerin kuramsal temelleri özetlenmiştir. Ardından, farklı mikrofon dizilimi geometrileri ve farklı kaynak hareket modelleri için MATLAB ortamında simülasyon senaryoları tasarlanmıştır. TDOA değerleri faz dönüşümlü genelleştirilmiş çapraz korelasyon (GCC-PHAT) tabanlı zaman gecikmesi kestirimi ile, FDOA değerleri ise Doppler kaymasına dayalı varış frekans farkı analizi ile elde edilmiştir. Elde edilen ölçümler, en küçük kareler (Least Squares) temelli bir birleşik denklem sistemi içinde birleştirilerek hibrit TDOA-FDOA konum ve hız kestirimcisi oluşturulmuştur. Simülasyonlarda, farklı SNR seviyeleri, mikrofon sayıları ve dizilim geometrileri altında TDOA, FDOA ve hibrit yöntemlerinin performansları; konum ve hız kestirimi için RMSE ve yüzde hata ölçütleri kullanılarak karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, TDOA yönteminin görece düşük karmaşıklıkla iyi bir konum kestirimi sunduğunu, FDOA yönteminin ise hareketli ve özellikle ivmelenen kaynaklarda hız bileşenlerini belirlemede avantaj sağladığını göstermektedir. Bununla birlikte, önerilen hibrit yaklaşım, konum ve hız bilgilerini birlikte ele alarak, farklı senaryolar altında konum ve hız kestirim performansı açısından incelenmiş ve gürültü koşullarına duyarlılığı ortaya konmuştur. Ayrıca, geliştirilen MATLAB simülasyonları ve görselleştirmeler, mühendislik öğrencileri için eğitsel bir araç olarak tasarlanmış; Sayısal İşaret İşleme ve benzeri derslerde kullanılabilecek sanal laboratuvar niteliğinde bir ortam sağlamıştır.
Özet (Çeviri)
Accurate and real-time localization of sound sources is critical in many application domains, including defense systems, intelligent and autonomous platforms, robotics, smart buildings, and emergency search-and-rescue operations. This thesis proposes a method for estimating the positions and velocities of sound sources under different motion models in a two-dimensional space using microphone arrays with various geometries and numbers. The proposed approach combines Time Difference of Arrival (TDOA) and Frequency Difference of Arrival (FDOA) in a hybrid framework to jointly estimate the source position and velocity vector with high accuracy. The study first reviews the theoretical background of widely used acoustic localization methods, including TDOA, FDOA, MUSIC and ESPRIT. Then, several MATLAB-based simulation scenarios are designed for different microphone array geometries and source motion models. TDOA values are obtained using generalized cross-correlation with phase transform (GCC-PHAT), while FDOA values are derived from Doppler-induced frequency shifts. These measurements are fused within a least-squares-based joint estimation framework to construct the hybrid TDOA-FDOA estimator. In the simulations, the performance of TDOA, FDOA, and the hybrid methods are evaluated under various signal-to-noise ratios, microphone numbers, and array geometries. Performance is assessed using RMSE and percentage error for both position and velocity estimates. The results show that TDOA provides good localization accuracy with low computational complexity, whereas FDOA is advantageous for estimating velocity components of moving and especially accelerating sources. Moreover, the proposed hybrid method achieves superior overall performance by jointly considering position and velocity information and demonstrates its sensitivity to noise conditions. In addition, the developed MATLAB simulations and visualizations are designed as educational tools that can serve as a virtual laboratory environment for courses such as Digital Signal Processing, supporting students' understanding of sound source localization algorithms.
Benzer Tezler
- Design of hetero-core fiber optic sensors for liquid level detection in fuel tanks
Yakıt tanklarındaki sıvı seviyesini ölçmek için hetero-öz fiber optik sensörlerin tasarlanması
TUNCER ÇOBAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiFatih ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL FİDANBOYLU
PROF. DR. ONUR TOKER
- Fiber optic network-based remote sensing of rail systemsvehicles
Raylı sistem araçlarının fiber optik ağlar kullanılarakuzaktan algılanması
SERHAT BOYNUKALIN
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELÇUK PAKER
- Aeroacoustic investigations for a refrigerator air duct and flow systems
Buzdolabı hava kanalı ve akış sistemlerinin aeroakustik incelemesi
HAZAL BERFİN DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAYRAM ÇELİK
- Multi shooter localization with acoustic sensors
Akustik algılayıcılar ile çoklu atış konum tespiti
ÇAĞLAR AKMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KEMAL LEBLEBİCİOĞLU
- Ses kaynağı konum belirlemesi için geometrik tabanlı hesaplama yöntemi
On the application of geometrical approach to sound source localization
HATİCE TOMBUL ÇALIŞKAN
Doktora
Türkçe
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolGazi ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACER KARACAN