基于聲矢量傳感器的空間譜估計算法研究.pdf

1、聲矢量傳感器可以同時拾取聲場中共點的聲壓與振速信息,它的出現(xiàn)為解決水下目標的探測、定位及識別等諸多問題提供了一種新的方法和手段,受到研究學者的日益關注。與標量陣算法相比,單聲矢量傳感器就具有目標測向能力,而聲矢量陣算法的信源檢測和參數(shù)估計性能也更高。隨著MUSIC、ESPRIT等子空間類DOA估計方法相繼被移植到矢量信號處理領域中,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技術已經(jīng)得到學者們的廣泛認可。在此背景下,本文結合常規(guī)陣

2、列信號處理技術,進一步利用聲矢量傳感器輸出的聲場信息,對單/雙聲矢量傳感器的高分辨方位估計、聲矢量陣的信源數(shù)目估計、聲矢量陣的高分辨方位估計及陣型校正等幾方面內容進行深入、系統(tǒng)的理論和實驗研究。
　　基于單聲矢量傳感器的測向問題一直是學者們的研究熱點,本文首先討論了基于單矢量傳感器的Bartlett、Capon和MUSIC等幾種算法的估計性能,在建立數(shù)學模型的基礎上重點研究了單矢量傳感器MUSIC算法的方位估計統(tǒng)計特性及性能邊界問

3、題,詳細分析了通道幅相特性對MUSIC算法性能的影響,并針對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、仿真實驗以及湖試數(shù)據(jù)處理結果均驗證了本文算法的有效性。同時針對小尺度聲矢量陣的相干源分辨問題,提出一種基于空間平滑思想的二元聲矢量陣MUSIC算法,該算法依靠兩個聲矢量傳感器可實現(xiàn)對相干信號源的分辨。
　　信源數(shù)目的精確估計是保證高分辨方位估計算法實現(xiàn)的前提條件,本文在討論AIC、MDL、GDE和CCT等幾種

4、經(jīng)典算法性能的基礎上,通過將聲壓、振速或解析振速信息進行聯(lián)合處理,結合正則相關技術提出了三種基于聲矢量陣的信源數(shù)目估計算法—VCCT算法。仿真結果表明:與CCT算法相比,VCCT算法顯著提高了可估計的信源數(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)目估計性能具有穩(wěn)健性。
　　與標量陣算法相比,聲矢量陣高分辨方位估計算法所需運算量較大,基陣的使用要求也更高。針對上述問題,本文結合空間擬合思想提出了一種新的高分辨方位

5、估計算法—VSSF算法。該算法在估計性能上接近于聲矢量陣MUSIC算法并優(yōu)于ESPRIT算法,但運算量約為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算法的信源估計數(shù)目有所減少,但具有更高的分辨力。針對寬帶信號情況,本文同時給出了兩種寬帶高分辨方位估計算法—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