基于MUSIC算法的空间声源定位研究

摘要

空间谱估计是阵列信号处理领域中的重要研究方向，它是雷达、声纳、主动防护系统、通讯系统以及智能天线等许多技术领域的共性问题。而空间谱估计的研究主题是处理带宽内信号的到达方向（DOA,Direction of Arrival）。最经典的超分辨率空间谱估计方法是Schmidt在1979年提出的MUSIC(Multiple Signal Classification)算法，在模型准确的条件下，该算法能精确地估计空间上互不相干信号的波达方向。本文通过实验，分析了在工程实际中影响MUSIC算法性能的因素及产生误差的原因，并进行了误差校正。
　　本文主要完成的工作：
　　研究了MUSIC算法基于均匀线阵的远场信号数学模型，给出了不同应用背景下的MUSIC算法的仿真。
　　研究了空间相干信号的MUSIC算法，MUSIC算法在对相干信源进行估计时性能严重下降甚至失效，本论文介绍了空间平滑算法解相干方法，空间平滑法虽然解决了相干信号源的问题，但是代价却是减小了阵列孔径，降低了阵列的分辨率。在这种情况下本文给出了信号加窗滤波的方法，并给出了该方法的理论仿真，与经典MUSIC算法的仿真结果进行了比较，结果表明，通过信号加窗滤波方法能够很好的分辨空间相干的信号。
　　阵列误差是MUSIC算法应用于工程实际的瓶颈问题。本文通过大量实验给出声基阵的幅相误差、阵元位置误差的校正，并给出了校正结果，结果表明，通过校正的声基阵能够提高声源定位精度。

目录

基于MUSIC算法的空间声源定位研究

RESEARCH ON SPATIAL SOUND SOURCE LOCALIZATION BASED ON MUSIC ALGORITHM

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2阵列信号处理技术及工程应用

1.3阵列信号处理的研究意义

1.4国内外研究发展动态

1.5本文所做工作及主要内容

第2章 基于多重信号分类算法的空间谱估计

2.1 空间谱估计概述

2.2 基于均匀线阵的远场信号数学模型

2.3 MUSIC算法的研究

2.3.1概述

2.3.2信号子空间与噪声子空间

2.3.3经典MUSIC算法

2.4 MUSIC算法仿真实验

2.4.1 MUSIC算法的实现

2.4.2空间不相干声源仿真实验

2.4.3空间相干声源仿真实验

2.5本章小结

第3章 MUSIC算法对相干信源的DOA估计

3.1相干信源对MUSIC算法的影响

3.2相干信源模型

3.3空间平滑法对相干信源的DOA估计

3.3.1空间平滑法原理和前后向平滑技术

3.3.2算法仿真实验

3.4信号加窗滤波对相干信源的DOA估计

3.4.1窗函数的选择

3.4.2信号加窗滤波仿真实验

3.5本章小结

第4章 MUSIC算法对空间声源定位性能分析

4.1实验研究目的

4.2空间单声源定位实验

4.2.1实验装置及参数选择

4.2.2实验方案

4.3实验误差分析与误差校正

4.3.1阵列误差信号模型

4.3.2阵列误差对MUSIC算法性能的影响

4.3.3等距线阵阵元位置误差校正

4.4空间两相干声源定位实验分析

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢