基于矢量水听器的声源定位算法研究

发布时间：2020-07-07 11:52

【摘要】：随着海洋领域的大力发展,水声信号处理得到了广泛的应用。基于矢量水听器的声源定位技术作为水下声信号处理的一个重要研究方向,凭借其特有的优越性被逐渐应用于噪声检测、声纳探测与定位、水下声通信等方面。在实际的声源定位过程中,定位算法往往需要考虑阵列孔径的利用率、声源信号的相干性以及宽带信号处理等问题。另外,常见的声源定位算法只实现了一维定位,而无法给出声源信号的二维空间定位。由此,在上述不同的声源定位情况下,本文研究了基于矢量水听器的声源信号二维定位算法。本文的主要工作包括:针对基于四阶累积量的单矢量水听器声源定位算法计算复杂度高、运算量大、定位精度低等问题,提出一种基于四阶矩的单矢量水听器多声源定位算法。该算法利用信号四阶矩的性质,将单矢量水听器阵元数和声源个数进行虚拟扩展,从而得到更多的声源定位信息;通过提取有效阵元的方法减少了信息冗余,最后利用搜索峰值方法得到期望的多声源方位。理论分析和仿真结果表明,该算法能够有效降低算法复杂度、提高定位精度,克服基于高阶累积量的矢量水听器定位算法的不足。针对基于PM的矢量水听器声源定位算法估计相干声源时角度不准确、分辨率不高等问题,提出一种基于矢量水听器的相干声源定位算法。该算法使用接收信号构造互相关矩阵,将互不重叠子阵列进行信号解相干,利用最小二乘算法估计相近的信号子空间特征矢量,最后根据矢量水听器阵列流型的旋转不变特性进行二维DOA估计,得到声源信号的仰角和方位角。仿真结果表明,该算法可以改善角度估计所带来的误差,定位精度较高,并且其复杂度接近PM算法。针对现有的宽带相干信号声源定位方法中性能不稳定的问题,提出一种基于矢量水听器的宽带相干声源定位算法。该算法分别对声压分量和振速分量进行聚焦变换,将各个信号频带聚焦到参考频率,并通过累加得到聚焦变换后的子带协方差矩阵,最后通过矢量水听器阵列流型的旋转不变特性进行宽带声源信号定位。仿真结果表明,该算法能够提高宽带信号的定位精度,克服传统宽带相干信号定位算法的不足。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB565.1
【图文】：

上个世纪晚期，矢量水听器作为一种新型的水听器一经面世，就引起了各个海洋大逡逑国的高度重视。由于能同一时刻地获得声场的声压和振速信息，它可以增加设备的测量逡逑范围和种类，利用这些信息可以拓展后期信号处理的算法效果，改善声纳系统的测量性逡逑能。与此同时，矢量水听器能够抑制低频信号因衍射而造成的方向性差的现象，还具有逡逑良好的抗噪能力，为水下信号处理带来了很好的解决思路和方法。逡逑目前，矢量水听器己经有越来越多的应用，比如油田探测、噪声测量、海洋环境的逡逑特性研宄、水下信号探测和定位、水下声通信等领域［１４１。逡逑（１）噪声检测逡逑利用矢量水听器可以研宄不同海域的海洋环境噪声场特性、海洋环境噪声空间方逡逑向，从而确定海洋环境里各种常见噪声在不同频段的特性等。随着海上噪声测试要求的逡逑不断提高，特别是对某些特殊航行体噪声测量的要求，人们不断寻求利用矢量水听器组逡逑成噪声测量系统。我国早些时候研制了双水听器噪声测量系统，并研制了用于实际工程逡逑中的矢量水听器噪声测量系统［６］。另外，矢量水听器还可以用于噪声治理等生活场景中。逡逑．．．．．．邋＊逡逑

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本文编号：2745084