声矢量圆阵宽带信号的信源数检测与方位估计

摘要

圆阵在声呐系统中应用广泛，它可以获得360°无模糊的方位信息，因此浮标声呐、航空吊放声呐系统等多采用圆型基阵。近年来，随着声矢量传感器的发展，声矢量传感器在直线阵中的应用逐步普及。目前，矢量阵列信号处理考虑的基阵形式皆为线阵，和矢量线阵丰硕的成果相比，声矢量圆阵研究的相对较少。宽带信号是水声系统经常使用的信号形式，水下目标辐射噪声可分为线谱及宽带连续谱，与线谱相比，宽带连续谱具有携带信息量大、背景噪声相关性弱等优点，对目标的检测、相关参数的估计以及特征提取很有利。因此，开展水下远程宽带信号方位估计算法研究具有重要的工程应用价值。本文对声矢量圆阵宽带信号的研究很有必要。
　　本文通过理论分析、计算机仿真及实验数据处理对声矢量圆阵宽带信号的信源数检测和方位估计两方面进行了研究。大多高分辨方位估计算法需要预知信源个数或假设其已知，如果信源数估计值与真实值不一致，高分辨方位估计方法的性能将受到严重影响，信源数检测可以为方位估计算法提供信源个数，因此进行方位估计前需要准确估计出信源数目。本文首先开展了对声矢量圆阵宽带信号源数目的研究，仿真实现了基于信息论准则、GDE检测准则及基于特征值分解的宽带信源数目估计。
　　方位估计方面，首先对宽带信号的方位估计算法进行了理论及仿真研究，对比分析了MVDR、MUSIC、ESPRIT等高分辩算法的优劣，重点对比分析了声矢量圆阵不同声压振速联合处理的宽带信号方位估计性能。其次，由于多途效应等影响，不同方向的信源可能相关甚至相干，同时随着测量距离增大，信噪比降低，将引起方位估计算法性能下降，对于宽带相干信号源，本文仿真实现了模式空间的空间平滑、矩阵分解、特征矢量奇异值等解相干算法，解决了宽带相干源方位估计问题。本文在已有解相干算法（如空间平滑、矢量奇异值分解算法等）的基础上，引入一种修正的矢量奇异值分解算法，并将其与声压振速联合处理方法相结合，提高了声矢量圆阵宽带相干源的方位估计性能。最后通过开展水池实验证明了算法的有效性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 背景及研究意义

1.2 矢量水听器及其应用

1.3 宽带信源数检测发展概况

1.4 宽带信号的方位估计发展概况

1.5 论文研究内容

第2章 声矢量圆阵信号处理基础

2.1 声压圆阵的数学模型

2.2 声矢量圆阵的数学模型

2.3 圆阵的模式空间变换

2.4 相干信号数学模型

2.5 本章小结

第3章 声矢量圆阵宽带信号的信源数检测

3.1信源数检测方法

3.2 仿真分析

3.3 本章小结

第4章 声矢量圆阵宽带信号的方位估计

4.1宽带信号的方位估计算法

4.2 宽带相干信号的方位估计

4.3 本章小结

第5章 信源数检测与方位估计实验

5.1 实验概述

5.2 实验数据处理及分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢