基于聲矢量傳感器的空間譜估計(jì)算法研究.pdf

1、聲矢量傳感器可以同時(shí)拾取聲場(chǎng)中共點(diǎn)的聲壓與振速信息,它的出現(xiàn)為解決水下目標(biāo)的探測(cè)、定位及識(shí)別等諸多問(wèn)題提供了一種新的方法和手段,受到研究學(xué)者的日益關(guān)注。與標(biāo)量陣算法相比,單聲矢量傳感器就具有目標(biāo)測(cè)向能力,而聲矢量陣算法的信源檢測(cè)和參數(shù)估計(jì)性能也更高。隨著MUSIC、ESPRIT等子空間類DOA估計(jì)方法相繼被移植到矢量信號(hào)處理領(lǐng)域中,基于聲壓、振速信息聯(lián)合處理的聲矢量傳感器空間譜估計(jì)技術(shù)已經(jīng)得到學(xué)者們的廣泛認(rèn)可。在此背景下,本文結(jié)合常規(guī)陣

2、列信號(hào)處理技術(shù),進(jìn)一步利用聲矢量傳感器輸出的聲場(chǎng)信息,對(duì)單/雙聲矢量傳感器的高分辨方位估計(jì)、聲矢量陣的信源數(shù)目估計(jì)、聲矢量陣的高分辨方位估計(jì)及陣型校正等幾方面內(nèi)容進(jìn)行深入、系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　基于單聲矢量傳感器的測(cè)向問(wèn)題一直是學(xué)者們的研究熱點(diǎn),本文首先討論了基于單矢量傳感器的Bartlett、Capon和MUSIC等幾種算法的估計(jì)性能,在建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了單矢量傳感器MUSIC算法的方位估計(jì)統(tǒng)計(jì)特性及性能邊界問(wèn)

3、題,詳細(xì)分析了通道幅相特性對(duì)MUSIC算法性能的影響,并針對(duì)幅度誤差的影響提出了一種基于通道功率歸一化的校正算法,理論分析、仿真實(shí)驗(yàn)以及湖試數(shù)據(jù)處理結(jié)果均驗(yàn)證了本文算法的有效性。同時(shí)針對(duì)小尺度聲矢量陣的相干源分辨問(wèn)題,提出一種基于空間平滑思想的二元聲矢量陣MUSIC算法,該算法依靠?jī)蓚€(gè)聲矢量傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)相干信號(hào)源的分辨。
　　信源數(shù)目的精確估計(jì)是保證高分辨方位估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)的前提條件,本文在討論AIC、MDL、GDE和CCT等幾種

4、經(jīng)典算法性能的基礎(chǔ)上,通過(guò)將聲壓、振速或解析振速信息進(jìn)行聯(lián)合處理,結(jié)合正則相關(guān)技術(shù)提出了三種基于聲矢量陣的信源數(shù)目估計(jì)算法—VCCT算法。仿真結(jié)果表明:與CCT算法相比,VCCT算法顯著提高了可估計(jì)的信源數(shù)目上限,而且在信源空間位置變化的情況下,VCCT算法的信源數(shù)目估計(jì)性能具有穩(wěn)健性。
　　與標(biāo)量陣算法相比,聲矢量陣高分辨方位估計(jì)算法所需運(yùn)算量較大,基陣的使用要求也更高。針對(duì)上述問(wèn)題,本文結(jié)合空間擬合思想提出了一種新的高分辨方位

5、估計(jì)算法—VSSF算法。該算法在估計(jì)性能上接近于聲矢量陣MUSIC算法并優(yōu)于ESPRIT算法,但運(yùn)算量約為MUSIC算法的一半。為了提高算法的分辨能力,本文將VSSF算法推廣為波束域處理的BVSSF算法,分析表明:該算法比VSSF算法的信源估計(jì)數(shù)目有所減少,但具有更高的分辨力。針對(duì)寬帶信號(hào)情況,本文同時(shí)給出了兩種寬帶高分辨方位估計(jì)算法—WIVSSF算法和WFVSSF算法。分析表明:WIVSSF算法具有非相干源能力,WFVSSF算法具有非