声矢量传感器阵中基于kalman滤波和opastd的doa跟踪算法

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1、声矢量传感器阵中基于Kalman滤波和OPASTd的DOA跟踪算法摘要：研宄了声矢量传感器阵动目标角度跟踪问题，并提出了声矢量传感器阵中一种基于Kalman滤波和正交压缩近似投影子空间跟踪的波达方向跟踪算法。该算法通过OPASTd算法来进行DOA的跟踪，从而克服了PASTd算法由于在某些情况下振荡但不收敛进而压缩数据、在迭代更新中由特征向量的不准确性产生误差累积等原因引起破坏信号子空间正交性的缺陷。Kalman滤波和OPASTd相结合算法可在估计角度的同时进行数据关联，与传统的PASTd算法相比，角度

2、跟踪性能更好。该算法的优越性均可在文中得到验证。关键词：声矢量传感器阵；波达方向估计；Kalman滤波；OPASTd中图分类号：TN911.7文献标志码：A文章编号：1005-261503-0377-07DOATrackingAlgorithmforAcousticVector-SensorArrayviaKalmanFilterandOPASTdChenWeiyang，ZhangXiaofei，ZhangLicenAbstract：Adirectionofarrivaltrackingalgorit

3、hmviaKalmanfilterandorthonormalprojectionapproximationandsubspacetrackingofdeflationforacousticvector-sensorarrayisproposedbasedontheinvestigationoftargettracking.TheproposedalgorithmusesOPASTdalgorithmtotrackDOA,thusovercomingthedestroyedorthogonalityo

4、fsignalsubspaceofPASTdalgorithm.Thereasonsforthisdefeltare：Firstly,thevibratedandnon-convergentPASTdalgorithmleadstodatacompressioninsomecases；secondly，thePASTdalgorithmproduceserroraccumulationbytheinaccuracyofeigenvectorsduringiterativeupdate.Thepropo

5、sedalgorithmcanestimateangleandcontactdata,whichhasabetterDOAtrackingperformancethantraditionalPASTdalgorithm.Simulationresultsverifytheusefulnessoftheproposedalgorithm.Keywords:acousticvector-sensorarray；directionofarrivalestimation；Kalmanfilter；OPASTd

6、基金项目：国家自然科学基金资助项目；江苏省博士后科研资助计划资助项目；中国博士后基金资助项目；江苏高校优势学科建设工程资助项目。收稿日期：2015-02-01；修订日期：2015-03-29声矢量传感器阵列广泛应用于声纳系统和水声通信系统等中[1-4];波达方向估计为声矢量传感器阵列中核心技术[6-10]。因此，自提出以来，声矢量传感器阵列DOA估计算法不断涌现，包括Capon算法［11］、多重信号分类算法［12-13］、旋转不变信号参数估计技术算法［14-16］、平行因子算法［10］，传播算子算法［

7、17］等。其中，Capon算法和MUSIC算法均采用谱峰搜索的方法实现DOA的估计，性能优越但复杂度高；ESPRIT算法是一种基于特征值构造的闭式参数估计方法，无需谱峰搜索过程，从而减少了计算复杂度；PARAFAC算法无需谱峰搜索和特征值分解，通过三线性最小二乘的方法来进行参数估计，角度估计性能优于ESPRIT算法，但迭代过程会带来巨大的计算量；PM算法也无需谱峰搜索和特征值分解，计算复杂度较低，但性能比MUSIC算法差。文献［18］提出了一种级联的MUSIC算法在声矢量阵中估计二维DOA,该算法通过

8、两次一维搜索实现二维DOA的联合估计，可避免二维MUSIC算法由二维谱峰搜索过程带来的巨大计算量；文献［10］中提出将三线性分解方法沿用到任意声矢量传感器阵列中，利用三线性分解的唯一性和可辨识性实现DOA估计；文献［13］则通过声矢量传感器阵进行相干信源的DOA估计。在实际场景中，被估计的目标角度往往随着时间改变而变化，所以研宄DOA跟踪算法变得很有实际意义［19-23］］，但以上DOA估计算法不能直接用于声矢量传感器阵DOA跟踪。因此，如何提出一些高效