[發(fā)明專利]近場源L型聲矢量傳感器陣列解模糊多參數(shù)估計(jì)方法

有效

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• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106872936B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王桂寶
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西理工大學(xué)
• 主分類號: G01S3/80
• 分類號: G01S3/80;G01S11/14
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近場源L型聲矢量傳感器陣列解模糊多參數(shù)估計(jì)方法，陣列接收K個(gè)不同頻率窄帶、獨(dú)立平穩(wěn)近場信號，全陣列接收數(shù)據(jù)z通過相關(guān)運(yùn)算得到延時(shí)前后以及全數(shù)據(jù)的陣列導(dǎo)向矢量估計(jì)值和由時(shí)延矩陣估計(jì)值得到頻率估計(jì)值將導(dǎo)向矢量分成x軸、y軸、z軸振速分量和聲壓強(qiáng)度子陣導(dǎo)向矢量，根據(jù)子陣導(dǎo)向矢量的旋轉(zhuǎn)不變關(guān)系和得到到達(dá)角的粗略估計(jì)值以及距離的粗略估計(jì)值利用方位角和俯仰角和距離的粗略估計(jì)值確定x軸和y軸相位差矩陣周期模糊數(shù)估計(jì)矢量和從而得到入射信號的方位角、俯仰角和距離的精確估計(jì)值；本發(fā)明方法充分利用了聲矢量傳感器本身固有的正交性和陣列的孔徑信息進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，給出參數(shù)估計(jì)的閉式解，不需要譜峰搜索，計(jì)算量小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聲矢量傳感器陣列的近場源頻率、二維到達(dá)角和距離的估計(jì)方法。

背景技術(shù)

聲矢量傳感器是一種新型的聲源信號測向設(shè)備，它是由三個(gè)相互正交的質(zhì)點(diǎn)振速傳感器和一個(gè)聲壓傳感器構(gòu)成，因而能夠同步測量聲場中某處的聲壓強(qiáng)度和質(zhì)點(diǎn)振速。聲矢量傳感器陣列的二維到達(dá)角估計(jì)技術(shù)是陣列信號處理領(lǐng)域的一個(gè)重要研究內(nèi)容，并且在該方面的研究和探索仍在不斷開展中。由于聲矢量傳感器本身具有的偶極子指向性和測量信息量的增大，與標(biāo)量傳感器陣列相比較，聲矢量傳感器陣列不僅能夠獲取陣列孔徑信息，而且蘊(yùn)含矢量傳感器各分量之間的正交信息，因而具有更高的空間分辨力和測向精度，近年來已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題。

傳統(tǒng)的聲矢量傳感器信號處理采用的是長矢量信號模型，該模型下的每一個(gè)聲矢量傳感器輸出數(shù)據(jù)是用一個(gè)復(fù)數(shù)矢量來描述，聲矢量傳感器陣列中的多個(gè)輸出數(shù)據(jù)順序排列構(gòu)成復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)矢量。基于長矢量模型的數(shù)據(jù)處理并沒有利用聲矢量傳感器各個(gè)分量間的正交關(guān)系，本發(fā)明利用四元數(shù)進(jìn)行聲矢量傳感器陣列信號參數(shù)估計(jì)，從而充分利用了聲矢量傳感器各個(gè)輸出分量的正交關(guān)系。信號參數(shù)估計(jì)精度受限于陣列孔徑尺寸，陣列孔徑越大參數(shù)估計(jì)精度就越高，陣列稀疏排布擴(kuò)展了陣列孔徑，但會(huì)引入陣列相位模糊問題，此時(shí)直接利用估計(jì)得到的相位進(jìn)行信號參數(shù)估計(jì)將出現(xiàn)估計(jì)錯(cuò)誤。為了正確進(jìn)行信號參數(shù)估計(jì)，必須找到相位的模糊數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)從一系列周期性相關(guān)模糊估計(jì)中辨識(shí)出真正的方向余弦和到達(dá)角。本文構(gòu)建了聲壓傳感器和x軸、y軸和z軸三個(gè)振速傳感器分量組成的聲矢量傳感器四元數(shù)新模型，利用陣列孔徑信息和四元數(shù)重構(gòu)子陣間的旋轉(zhuǎn)不變關(guān)系解決了近場源L型聲矢量傳感器陣列的相位模糊問題，提高了參數(shù)估計(jì)精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種近場源L型聲矢量傳感器陣列相位解模糊多參數(shù)估計(jì)方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：

近場源L型聲矢量傳感器陣列解模糊多參數(shù)估計(jì)方法，K個(gè)不同頻率、互不相關(guān)窄帶、隨機(jī)平穩(wěn)近場聲源信號從不同的方向和不同的距離入射到L型聲矢量傳感器陣列，所述L型陣列由M個(gè)等間隔布置于x軸上的陣元和M個(gè)等間隔布置于y軸上的陣元構(gòu)成，坐標(biāo)原點(diǎn)上的陣元兩軸共用，總的陣元數(shù)量為2M-1個(gè)，x軸和y軸上陣元間的間距分別為d_x和d_y，所述陣元是能夠同步共點(diǎn)測量聲壓以及x軸、y軸和z軸方向振速分量的聲矢量傳感器，陣元間隔與入射聲波信號的波長和聲源的距離之間滿足近場條件，且d_x＞λ_min/4，d_y＞λ_min/4，λ_min為入射聲波信號的最小波長；

近場源L型聲矢量傳感器陣列解模糊多參數(shù)估計(jì)方法的步驟如下：

步驟一、獲取t時(shí)刻和t+ΔT時(shí)刻的接收信號矢量x₁(t)和x₂(t)，N次同步采樣得到接收數(shù)據(jù)矩陣Z₁和Z₂；