基于聲矢量傳感器的欠定DOA估計(jì)研究.pdf

1、波達(dá)方向（Direction of Arrival,DOA）超分辨率估計(jì)一直是陣列信號(hào)處理中研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，其中，欠定DOA估計(jì)有明確的應(yīng)用背景和廣泛的實(shí)際需求，所以成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在傳統(tǒng)DOA估計(jì)領(lǐng)域，陣列能夠分辨的目標(biāo)數(shù)量受陣元個(gè)數(shù)的限制，當(dāng)目標(biāo)數(shù)量超過(guò)陣元個(gè)數(shù)時(shí)，算法的性能會(huì)嚴(yán)重下降。欠定DOA估計(jì)的目標(biāo)是，在目標(biāo)個(gè)數(shù)大于陣元個(gè)數(shù)的情況下，實(shí)現(xiàn)超分辨的DOA估計(jì)。
　　聲矢量傳感器由三個(gè)相互垂直的聲速傳感器和一個(gè)

2、聲壓傳感器組成，空間共點(diǎn)的聲矢量傳感器可以在聲場(chǎng)里以一個(gè)共點(diǎn)空間同時(shí)測(cè)量聲場(chǎng)中的聲壓和振速信息。這種空間共點(diǎn)結(jié)構(gòu)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(lái)的好處是降低了信號(hào)處理的難度。但是從工程的角度出發(fā)，我們更愿意通過(guò)增加信號(hào)處理的難度來(lái)?yè)Q取較低的硬件成本和較高的估計(jì)精度，而空間非共點(diǎn)的聲矢量傳感器正好滿(mǎn)足了我們這個(gè)需求。
　　近年來(lái)，一維欠定DOA估計(jì)算法層出不窮，但從本質(zhì)來(lái)說(shuō)，這些算法的核心思想還是通過(guò)

3、構(gòu)造虛擬陣列，擴(kuò)大陣列孔徑，提高自由度。一維欠定DOA估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)條件苛刻、實(shí)現(xiàn)方法較少，加上二維欠定DOA估計(jì)算法復(fù)雜度較高等原因，導(dǎo)致許多一維欠定DOA估計(jì)算法很難直接應(yīng)用到二維欠定DOA估計(jì)算法里。另外，目前很少算法模型是直接針對(duì)二維欠定DOA估計(jì)的，所以二維欠定DOA估計(jì)至今仍是學(xué)術(shù)上急需解決的難題。為了克服這個(gè)難題，本人決定把工作重點(diǎn)放在二維的欠定DOA估計(jì)上。通過(guò)對(duì)目前比較流型的二維欠定DOA估計(jì)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(jì)的改進(jìn)算法，在相同條件下，能實(shí)現(xiàn)比原算法更高的估計(jì)精度，在信噪比較低的情況下優(yōu)勢(shì)尤其明顯，并且沒(méi)有明顯增加算法的復(fù)雜度。但是由于算法本身的局限性，這種算法只能實(shí)現(xiàn)一維欠定DOA估計(jì)和二維超定DOA估計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)真正意義上的二維欠定DOA估計(jì)，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(jì)算法，這種算法在低信噪比情況下能實(shí)現(xiàn)真正意義上高精度的二維欠定DOA估計(jì)。
　　空間非共點(diǎn)的聲矢量

5、傳感器具有較低的硬件成本和較高的估計(jì)精度等優(yōu)勢(shì)，基于空間非共點(diǎn)的聲矢量傳感器二維欠定DOA估計(jì)在學(xué)術(shù)上還是空白，利用空間非共點(diǎn)的聲矢量傳感器的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)二維欠定DOA估計(jì)具有重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)用價(jià)值。本文最后一部分主要對(duì)基于空間非共點(diǎn)的聲矢量傳感器的二維欠定DOA估計(jì)進(jìn)行了一些探索性研究，解決了其中的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題?？臻g非共點(diǎn)的聲矢量傳感器雖然有一系列優(yōu)勢(shì)，但是卻引入了“模糊”問(wèn)題。有學(xué)者基于“金字塔”型空間非共點(diǎn)的聲矢量傳感器結(jié)構(gòu)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(huì)急劇下降。另外，欠定DOA估計(jì)在利用一系列操作擴(kuò)展虛擬孔徑的過(guò)程中引入了相干信源，相干信源同樣會(huì)導(dǎo)致欠定DOA估計(jì)的失敗。根據(jù)以上分析可知，去相干是我們實(shí)現(xiàn)基于空間非共點(diǎn)的聲矢量傳感器二維欠定DOA估計(jì)需要解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。為了解決這個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題，本人提出了一種改進(jìn)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(jì)精度；在相干信源條件下，原算法幾乎失