基于聲矢量傳感器的欠定DOA估計研究.pdf

1、波達方向（Direction of Arrival,DOA）超分辨率估計一直是陣列信號處理中研究的熱點問題，其中，欠定DOA估計有明確的應用背景和廣泛的實際需求，所以成為近年來研究的熱點和難點。在傳統(tǒng)DOA估計領域，陣列能夠分辨的目標數(shù)量受陣元個數(shù)的限制，當目標數(shù)量超過陣元個數(shù)時，算法的性能會嚴重下降。欠定DOA估計的目標是，在目標個數(shù)大于陣元個數(shù)的情況下，實現(xiàn)超分辨的DOA估計。
　　聲矢量傳感器由三個相互垂直的聲速傳感器和一個

2、聲壓傳感器組成，空間共點的聲矢量傳感器可以在聲場里以一個共點空間同時測量聲場中的聲壓和振速信息。這種空間共點結構縮小了傳感器的孔徑，降低了傳感器的分辨率，增加了硬件成本，但帶來的好處是降低了信號處理的難度。但是從工程的角度出發(fā)，我們更愿意通過增加信號處理的難度來換取較低的硬件成本和較高的估計精度，而空間非共點的聲矢量傳感器正好滿足了我們這個需求。
　　近年來，一維欠定DOA估計算法層出不窮，但從本質來說，這些算法的核心思想還是通過

3、構造虛擬陣列，擴大陣列孔徑，提高自由度。一維欠定DOA估計算法實現(xiàn)條件苛刻、實現(xiàn)方法較少，加上二維欠定DOA估計算法復雜度較高等原因，導致許多一維欠定DOA估計算法很難直接應用到二維欠定DOA估計算法里。另外，目前很少算法模型是直接針對二維欠定DOA估計的，所以二維欠定DOA估計至今仍是學術上急需解決的難題。為了克服這個難題，本人決定把工作重點放在二維的欠定DOA估計上。通過對目前比較流型的二維欠定DOA估計算法的研究，本人給出一種基于

4、張量模型的聲矢量傳感器陣列欠定DOA估計的改進算法，在相同條件下，能實現(xiàn)比原算法更高的估計精度，在信噪比較低的情況下優(yōu)勢尤其明顯，并且沒有明顯增加算法的復雜度。但是由于算法本身的局限性，這種算法只能實現(xiàn)一維欠定DOA估計和二維超定DOA估計。為了實現(xiàn)真正意義上的二維欠定DOA估計，本人提出了一種基于張量模型的L型陣列二維欠定DOA估計算法，這種算法在低信噪比情況下能實現(xiàn)真正意義上高精度的二維欠定DOA估計。
　　空間非共點的聲矢量

5、傳感器具有較低的硬件成本和較高的估計精度等優(yōu)勢，基于空間非共點的聲矢量傳感器二維欠定DOA估計在學術上還是空白，利用空間非共點的聲矢量傳感器的結構優(yōu)勢實現(xiàn)二維欠定DOA估計具有重要的學術意義和實用價值。本文最后一部分主要對基于空間非共點的聲矢量傳感器的二維欠定DOA估計進行了一些探索性研究，解決了其中的一個關鍵性問題?？臻g非共點的聲矢量傳感器雖然有一系列優(yōu)勢，但是卻引入了“模糊”問題。有學者基于“金字塔”型空間非共點的聲矢量傳感器結構提

6、出了一種能有效去除“模糊”的算法，但是由于算法本身的局限性，該算法在相干信源下性能會急劇下降。另外，欠定DOA估計在利用一系列操作擴展虛擬孔徑的過程中引入了相干信源，相干信源同樣會導致欠定DOA估計的失敗。根據(jù)以上分析可知，去相干是我們實現(xiàn)基于空間非共點的聲矢量傳感器二維欠定DOA估計需要解決的關鍵性問題。為了解決這個關鍵性問題，本人提出了一種改進算法，該算法可以在非相干信源條件下獲得接近原算法的估計精度；在相干信源條件下，原算法幾乎失