基于五元十字阵的被动声传感器目标定位

摘要

基于传声器阵的声源定位技术涉及到阵列信号处理、数字信号处理、语音处理、以及模式识别等许多技术领域,一直是声信号处理中难度较大的热点研究领域。针对常规雷达无法准确探测雷达盲区活动的低空飞行目标,以及如何进一步提高对这类目标的定位精度和目标辨识度等问题,本论文结合CEC某单位合作项目《声阵列无源定位系统》,主要从单声源和多声源两个方面展开相关研究,主要内容可概括如下:　　1.根据低频信号具有传播距离远、衰减慢的特点,本文针对远场目标的探测,提出一种基于五元十字阵的时延定位方法。该方法首先对接收信号进行低频处理,然后利用广义互相关时延估计算法估计出源信号到达各传感器间的时间差,最后根据五元十字阵定位原理实现目标定位。并根据这一方法,设计出一套单声源应用示范系统。试验结果表明,设计的声测系统具有探测较远目标的能力,同时在定位精度方面也有很好的性能表现。　　2.互相关类时延估计方法需要事先了解信号、噪声等信息的先验知识,而在实际当中很难提前预知这类信息。针对这一问题,提出一种新的变步长LMS时延估计方法,该方法利用误差期望只与输入信号有关的特性来调节步长因子,通过扰动因子来调整收敛速度,使得该方法具有更好的抗干扰能力,仿真结果表明该方法具有较快的收敛速度和较低的稳态误差。　　3.针对非平稳信号,大都采用短时傅里叶变换处理,受Heisenberg不确定准则的限制,会导致窗函数在时间分辨率和频率分辨率上不能同时达到最优。针对这一问题,提出一种基于S变换谱重排的宽带MUSIC声源定位方法。该方法利用时频分析在处理时变非平稳信号中的优势,通过谱优化降低了噪声的影响。仿真实验结果表明,在低信噪比情况下该方法具有很好的DOA估计性能和鲁棒性。　　4.针对多宽带信号波达方向估计,提出一种基于空间任意阵的宽带信号DOA估计方法。该方法利用多个频点处的短时功率谱矩阵的联合对角化特性,通过优化处理实现宽带信号的波达方向估计。仿真结果表明该方法进一步提高了DOA估计的分辨率和稳健性。相比常规高分辨率谱估计方法,该方法在计算空间频谱之前无需确定信源个数,更具实用性,并且充分利用了信号的非平稳特性,很好地解决了由多路径传播效应引起的混响,具有更好的鲁棒性能。

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第一章 绪论

§1.1 传声器阵列声源定位的研究意义

§1.2 传声器阵列声源定位的研究现状

§1.3 本文内容安排

第二章 基于时延的被动声源定位系统

§2.1 引言

§2.2 五元十字阵声阵列模型

§2.3 基于时延的被动声源定位算法。

§2.4 系统实验

§2.5 本章小结

第三章 基于改进的变步长LMS时延估计算法

§3.1 引言

§3.2 LMS时延估计算法

§3.3 改进的变步长LMS时延估计算法

§3.4 仿真实验与分析

§3.5 本章小结

第四章 多声源定位方法的初步研究

§4.1 引言

§4.2 信号模型与SF-MUSIC算法

§4.3 基于S变换的宽带声源定位算法

§4.4 仿真实验与分析

§4.5 本章小结

第五章 空间任意阵的多宽带信源定位算法

§5.1 引言

§5.2 空间任意阵宽带信号模型

§5.3 基于空间任意阵宽带DOA算法

§5.4 算法仿真

§5.5 本章小结

第六章 结论与总结

§6.1 总结

§6.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要研究成果