基于稀疏分解理論的聲矢量陣信號(hào)處理.pdf

1、矢量水聽器技術(shù)是水聲技術(shù)學(xué)科的一個(gè)標(biāo)志性進(jìn)步，受到了各海洋大國的普遍關(guān)注，也是我國水聲技術(shù)領(lǐng)域最具發(fā)展前景的方向之一。稀疏分解理論為信號(hào)提供了簡潔、靈活和自適應(yīng)的表示方法，可以從本質(zhì)上降低信號(hào)處理成本，提高壓縮效率。壓縮傳感理論是在盲源分離和稀疏分解理論基礎(chǔ)上提出的一種全新的信息獲取指導(dǎo)理論，打破了傳統(tǒng)采樣定理的限制，是現(xiàn)代信息理論的一個(gè)重大變革。本文對(duì)稀疏分解理論和壓縮傳感理論在水聲信號(hào)處理中的應(yīng)用進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容和

2、創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 1.矢量水聽器陣列的DOA估計(jì)研究
　　 根據(jù)目標(biāo)方位在其角度搜索空間的稀疏性，采用聲矢量陣方向向量的形式建立原子庫，構(gòu)造出相應(yīng)的稀疏向量，進(jìn)而建立基于稀疏分解理論的聲矢量陣DOA估計(jì)模型。分別采用單快拍算法和多快拍算法，實(shí)現(xiàn)小快拍數(shù)、低信噪比情況下的聲矢量陣DOA高分辨估計(jì)。通過對(duì)湖試數(shù)據(jù)的處理，對(duì)算法性能進(jìn)行了分析和驗(yàn)證，并與傳統(tǒng)波束形成、基于四階累積量的波束形成、MVDR、MUSIC等算法進(jìn)行了

3、對(duì)比，驗(yàn)證了基于稀疏分解理論的聲矢量陣DOA估計(jì)算法在小快拍數(shù)和低信噪比情況下的優(yōu)良性能，適合用于動(dòng)目標(biāo)的DOA估計(jì)。
　　 根據(jù)壓縮傳感理論，通過投影測量矩陣實(shí)現(xiàn)對(duì)聲矢量陣接收數(shù)據(jù)的維數(shù)壓縮，從而極大降低后續(xù)處理的計(jì)算成本。通過壓縮傳感理論的維數(shù)壓縮，可以使得MVDR等算法用于快拍數(shù)小于陣元數(shù)的情況。
　　 2.頻率估計(jì)研究
　　 基于信號(hào)頻率在頻率搜索空間的稀疏性，分別根據(jù)信號(hào)形式、時(shí)域流型、時(shí)間窗模型建立基

4、于稀疏分解理論的頻率估計(jì)模型。通過仿真和矢量水聽器湖試數(shù)據(jù)的處理，對(duì)算法的性能進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并與周期圖法和MUSIC算法進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，在小樣本和低信噪比、特別是小樣本情況下，算法具有明顯優(yōu)勢。通過壓縮傳感理論，能夠以極大的比例對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行維數(shù)壓縮，降低后續(xù)處理的計(jì)算成本。
　　 3.基于單矢量水聽器的頻率一方位聯(lián)合估計(jì)研究
　　 通過對(duì)矢量水聽器接收信號(hào)的分析，構(gòu)造單矢量水聽器的時(shí)空陣列流型，提出了基于稀疏