[发明专利]一种声矢量阵快速方位估计方法

说明书

针对声矢量阵高分辨方位估计算法运算量大的问题，基于多级维纳滤波器(Multi-StageWienerFilter,MSWF)，提出一种声矢量阵快速方位估计算法，即V-MSWF算法，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，通过多级维纳滤波器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，该算法具有良好的方位估计性能。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理领域，更确切的说，是一种声矢量阵快速方位估计方法。该方法可用于声矢量阵方位估计领域。

背景技术

与声压阵相比，声矢量阵具有许多明显的优势，得到了众多国内外学者广泛的关注和浓厚的研究兴趣。与声矢量阵CBF和MVDR算法相比，声矢量阵MUSIC和ESPRIT等子空间类算法具有更好的DOA估计性能，但这类方法都需要阵列协方差矩阵的估计及特征值分解运算，在实际的工程应用中，为了获得足够高的DOA估计精度，人们往往需要用一个大阵列来接受目标信号，这种情况下，常规子空间方法的运算量是巨大的，难以满足实际工程中实时处理的要求。

在众多的快速子空间估计算法中，MSWF算法脱颖而出，与常规的子空间方法相比，该算法无需计算协方差矩阵和特征值分解运算，大大地减小了运算量，同时具有较高的DOA估计精度。基于MSWF的多级分解思想，众多学者提出了一系列有效地DOA估计算法。文献《Numericallystablemethodofsignalsubspaceestimationbasedonmultistagewienerfilter》提出了非圆信号多级维纳滤波DOA估计求根算法，该方法大大地减小了计算量，增加了算法的实时性。文献《非圆信号多级维纳滤波DOA估计求根算法》从理论上分析了MSWF求解信号子空间的性能，并提出了一种新的HMSWF递推方法。文献《Low-complexitymethodforDOAestimationbasedonESPRIT》将ESPRIT算法和MSWF结合起来，提出了一种低复杂度的DOA估计算法。文献《MMSE-BasedMDLMethodforRobustEstimationofNumberofSourceswithouteigendecomposition》将MSWF运用到信源数目的估计中，降低了算法的计算量，且获得了良好的性能。以上研究均表明MSWF算法在阵列信号处理中具有良好的性能和运算量小的优势。

发明内容

本发明的目的在于解决声矢量阵方位估计运算量大的问题，提供一种声矢量阵快速方位估计方法，可以实现未知目标的方位角的估计。

本发明的具体实施步骤如下：

(1)放置一声矢量均匀线阵于各向同性的均匀流体中，阵元间距为半波长，阵列输出可表示为：

X(t)＝A(θ)S(t)+N(t)

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＝[1cosθ_ksinθ_k]^T为第k个声源的单矢量水听器的单位响应矢量；