[发明专利]一种声矢量阵快速方位估计方法

摘要

本发明公开一种声矢量阵快速方位估计方法，基于多级维纳滤波器的声矢量阵快速方位估计；该算法选取声矢量阵参考阵元声压通道的输出作为期望信号，通过MSWF的递推运算得到信号子空间；无需计算阵列协方差矩阵及其特征值分解运算，在高信噪比条件下，该算法具有良好的DOA估计性能；本发明的优点是将多级维纳滤波器引入到声矢量阵方位估计理论中，无需估计协方差矩阵和进行特征值分解，同时利用了声矢量阵的测向优势，在保持较小计算量的同时，拥有较高的方位估计和分辨性能。

主权项

一种声矢量阵快速方位估计方法，其特征是：(1)基于多级维纳滤波器的声矢量阵快速方位估计；(2)该算法选取声矢量阵参考阵元声压通道的输出作为期望信号，通过MSWF的递推运算得到信号子空间；(3)无需计算阵列协方差矩阵及其特征值分解运算，在高信噪比条件下，该算法具有良好的DOA估计性能；在二维平面内，假设M元声矢量均匀线放置于各向同性的均匀流体中，阵元间距为d，K个波长为λ的远场窄带声源以阵列轴线的法线为参考的θ_k(k＝1,2,...,K)方向入射到该声矢量阵，声矢量阵t时刻的阵列输出可表示为X(t)＝A(θ)S(t)+N(t)(1)式中，X(t)＝[x₁(t),x₂(t),…,x_3M(t)]^T为3M×1维观测的数据向量，S(t)＝[s₁(t),s₂(t),…,s_K(t)]^T为K×1维零均值复高斯信号向量，为3M×1维零均值高斯白噪声向量，n_vm(t)＝[n_pm,n_vxm,n_vym]^T，A＝[a_v(θ₁),a_v(θ₂),…,a_v(θ₃)]为理想的阵列流形导向矢量，其中，表示Kron积，a(θ_i)＝[1,exp(‑jω_i),…,exp(‑j(M‑1)ω_i)]^T，ω_i＝2πdsin(θ_i)/λ，u_k＝[1 cosθ_k sinθ_k]^T为第k个声源的单矢量水听器的单位响应矢量；(4)取y₀(t)＝X(t)其中，(5)令i＝1,2,…,K；$h_i=E\left[d_{i-1}^H\left(t\right)y_{i-1}\left(t\right)\right]/{\left|\right|E\left[d_{i-1}^H\left(t\right)y_{i-1}\left(t\right)\right]\left|\right|}_2;$$d_i\left(k\right)=h_i^H{y}_{i-1}\left(t\right);$y_i(t)＝y_i‑1(t)‑h_id_i(k).(6)上式得到的各级滤波器系数Θ＝[h₁,h₂,…,h_K]张成信号子空间，即：U_s＝Span{h₁,h₂,…,h_K}(7)本方法的空间谱估计可表示为$P_{V-\mathrm{MSWF}}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{{a_v}^H\left(\mathrm{\θ}\right)(I-\mathrm{\Θ}{\mathrm{\Θ}}^H)a_v\left(\mathrm{\θ}\right)}$通过上式可得到远场目标的方位角θ。