基于MUSIC算法的空间声源定位研究

论文摘要

空间谱估计是阵列信号处理领域中的重要研究方向,它是雷达、声纳、主动防护系统、通讯系统以及智能天线等许多技术领域的共性问题。而空间谱估计的研究主题是处理带宽内信号的到达方向(DOA, Direction of Arrival)。最经典的超分辨率空间谱估计方法是Schmidt在1979年提出的MUSIC(Multiple Signal Classification)算法,在模型准确的条件下,该算法能精确地估计空间上互不相干信号的波达方向。本文通过实验,分析了在工程实际中影响MUSIC算法性能的因素及产生误差的原因,并进行了误差校正。本文主要完成的工作:研究了MUSIC算法基于均匀线阵的远场信号数学模型,给出了不同应用背景下的MUSIC算法的仿真。研究了空间相干信号的MUSIC算法,MUSIC算法在对相干信源进行估计时性能严重下降甚至失效,本论文介绍了空间平滑算法解相干方法,空间平滑法虽然解决了相干信号源的问题,但是代价却是减小了阵列孔径,降低了阵列的分辨率。在这种情况下本文给出了信号加窗滤波的方法,并给出了该方法的理论仿真,与经典MUSIC算法的仿真结果进行了比较,结果表明,通过信号加窗滤波方法能够很好的分辨空间相干的信号。阵列误差是MUSIC算法应用于工程实际的瓶颈问题。本文通过大量实验给出声基阵的幅相误差、阵元位置误差的校正,并给出了校正结果,结果表明,通过校正的声基阵能够提高声源定位精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 阵列信号处理技术及工程应用
• 1.3 阵列信号处理的研究意义
• 1.4 国内外研究发展动态
• 1.5 本文所做工作及主要内容
• 第2章 基于多重信号分类算法的空间谱估计
• 2.1 空间谱估计概述
• 2.2 基于均匀线阵的远场信号数学模型
• 2.3 MUSIC算法的研究
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 信号子空间与噪声子空间
• 2.3.3 经典MUSIC算法
• 2.4 MUSIC算法仿真实验
• 2.4.1 MUSIC算法的实现
• 2.4.2 空间不相干声源仿真实验
• 2.4.3 空间相干声源仿真实验
• 2.5 本章小结
• 第3章 MUSIC算法对相干信源的DOA估计
• 3.1 相干信源对MUSIC算法的影响
• 3.2 相干信源模型
• 3.3 空间平滑法对相干信源的DOA估计
• 3.3.1 空间平滑法原理和前后向平滑技术
• 3.3.2 算法仿真实验
• 3.4 信号加窗滤波对相干信源的DOA估计
• 3.4.1 窗函数的选择
• 3.4.2 信号加窗滤波仿真实验
• 3.5 本章小结
• 第4章 MUSIC算法对空间声源定位性能分析
• 4.1 实验研究目的
• 4.2 空间单声源定位实验
• 4.2.1 实验装置及参数选择
• 4.2.2 实验方案
• 4.3 实验误差分析与误差校正
• 4.3.1 阵列误差信号模型
• 4.3.2 阵列误差对MUSIC算法性能的影响
• 4.3.3 等距线阵阵元位置误差校正
• 4.4 空间两相干声源定位实验分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢