UWB技术革新汽车体验，远不止于解锁未来——它重塑了数字钥匙的便捷，精准捕捉车内活物动态，更以一脚轻触激活后备箱的科幻体验。而最令人瞩目的，是它跨界变身，成为声音的精密导航员，替代传统麦克风，实现前所未有的声音定位与智能识别，让每一次语音交互都精准无误，引领汽车科技步入声临其境的新纪元。想象一下，未来座驾中，声音的每一个细微波动都被精准捕捉，识别与响应，这不仅仅是技术的飞跃，更是对未来出行方式的一次深刻重定义。你，准备好了吗？
声音事件和场景的计算分析在许多传感应用中至关重要。传统的麦克风在捕获声音时，会将来自不同声源的声音混合在一起，这给声音事件检测和分类系统带来了挑战。近年来，研究人员提出使用无线测振技术来直接从声源振动中感知声音，但这些方法在同时监测多个声源和处理非视距情况方面存在局限性。
原理：
利用脉冲无线电超宽带（IR-UWB）雷达来增强在具有挑战性环境中恢复声音的过程。IR-UWB雷达通过发送超短脉冲并收集反射脉冲来工作，其宽带宽保证了良好的测距分辨率，能够分离多个声源。
设计与实现
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系统概述：
由IR-UWB雷达、树莓派和信号处理算法组成，用于恢复和分离声音。
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硬件和驱动：
使用Novelda Xethru X4M05 IR-UWB雷达板和树莓派3B+实现，通过SPI接口连接，可设置多种参数，如SPI时钟、传输功率、有效范围、DAC设置和采样率等。
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信号处理流程：
包括相位噪声校正、静态杂波抑制、振动目标定位和降噪等模块，最终获得恢复的声音。
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距离测试：
随着距离增加，信噪比几乎呈线性下降，最大检测范围约为8米。
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穿墙穿透损耗测试：
与自由空间相比，穿墙结果遭受约5dB的一次性损失，系统可在2.5米范围内有效工作。
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声源放置角度测试：
当扬声器锥体偏离超过10度时，信噪比迅速下降，波动在2.5dB左右。
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声源频率测试：
系统频率响应呈低通趋势，提示应在信号处理中使用预加重来补偿。
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声源距离测量：
系统能够准确估计声源与传感器的距离，平均误差为11.19cm，中位数误差为11.37cm，标准差为4.88cm。
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定性声音分离测试：
UWB能够分离不同距离的多个同时发生的声音，例如成功分离了两个播放不同歌曲的扬声器的声音。
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定量声音分离测试：
当两个声源相距25cm时，可以分别收集两个声源的声音而没有交叉干扰。
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家庭环境测试：
UWB能够在家庭环境中分离洗衣机和吸尘器等常见声源的声音，且无交叉干扰。
下一步工作展望
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提高采样率：
目前的采样率相对较低，未来可使用QSPI或用FPGA代替树莓派来提高数据传输率。
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提高信噪比：
系统在不利条件下信噪比会下降，未来可通过创新硬件设计来提高性能。
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增加视场：
目前传感器的视场约为50度，未来可通过集成多个IR-UWB雷达实例或使用多向天线来解决方向性问题。
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潜在应用：
UWB可为声音事件检测和分类提供强大的音频传感接口，在家庭、工业和城市等场景中有广泛应用，还可与其他传感技术融合。
UWB能够直接从多个声源中获取和分离声音，同时具有穿墙感知音频振动的能力，为在复杂环境中进行稳健的音频传感迈出了有希望的一步。
