[发明专利]一种基于矢量水听器的相干声源定位方法

权利要求书

1.一种基于矢量水听器的相干声源定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：使用M元矢量水听器阵列采集K个声源信号，建立矢量水听器阵列接收数据模型；

步骤2：根据接收信号求得协方差矩阵，利用互不重叠子阵列抽取数据的方法进行信号解相干；

步骤3：使用变换矩阵，提取解相干后阵列流型中的声压矢量和振速矢量；

步骤4：利用最小二乘方法估计解相干后协方差矩阵的信号子空间；

步骤5：根据矢量水听器阵列流型旋转不变特性进行求解得到相干声源的二维DOA估计；

步骤1中矢量水听器阵列接收数据模块建立具体步骤为：

假设K个波长为λ的窄带平面波信号s_i(t),i＝1,2,...,K从远场入射到M元矢量水听器阵列上，且声场中各噪声之间、噪声与信号之间互不相关，K个信号中有L_max个相干声源，设声源的俯仰角为方位角为φ_i,i＝1,2,...,K，则矢量水听器的阵列流型矢量为：

式中，

每个矢量水听器阵列接收数据模型为：

式中，表示第m个阵元的阵列流型矢量，n_m(t)表示第m个阵元接收到的噪声，m＝1,2,...,M、t＝1,2,...,N、ψ_i＝(2πd/λ)γ_i，i＝1,2,...K，其中M表示阵元数，N表示信号的快拍数，K表示声源个数。

2.根据权利要求1所述的一种基于矢量水听器的相干声源定位方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：

由式(2)可得阵列接收信号：

x(t)＝As(t)+n(t)，t＝1,2,...,N (3)

式中，

阵列接收信号的相关矩阵为：

式中，表示信号的相关矩阵；

把相关矩阵先分为L_max个子阵，L_max表示相干声源的个数，每个子阵的维度为4(M-L_max+1)×4M，第l个子阵标记为R_l,l＝1,2,…l_max，由R_x的第4(l-1)+1行到4(M-L_max+1)行组成，通过这些子阵，构造一个新的矩阵R：

式中，矩阵R的维数为4(M-L_max+1)×4ML_max；

根据阵列接收信号的相关矩阵：

带入矩阵R，可以得到：

式中，

由于

所以当子阵阵元数目≥K时解相干后的数据协方差矩阵R是满秩的。