声矢量阵列的求根MUSIC 算法及其性能分析

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1、２０１０年第２４卷第２期测试技术学报Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．２２０１０（总第８０期）﹢﹨﹦﹢﹥﹦﹢﹦﹦﹦﹤﹪﹩（ＳｕｍＮｏ．８０）文章编号：１６７１７４４９（２０１０）０２０１４６０６声矢量阵列的求根ＭＵＳＩＣ算法及其性能分析王鹏１，３，张国军１，２，熊继军１，２（１．中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原０３００５１；２．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，

2、山西太原０３００５１；３．中北大学理学院，山西太原０３００５１）摘要：在传统声压传感器阵列的求根ＭＵＳＩＣ算法的基础上，提出了基于矢量传感器阵列的求根ＭＵＳＩＣ算法及其修正形式，通过接收阵列信号的空间谱，选择合适的引导方位，可实现声源的波达方向（ＤＯＡ）估计．理论推导和仿真实验表明，采用均匀矢量传感器线性阵列的求根ＭＵＳＩＣ算法在低信噪比、小快拍数情况下的估计性能要优于传统声压传感器阵列的求根ＭＵＳＩＣ算法，同时该算法的计算量远远小于矢量传感器列的ＭＵＳＩＣ算法．关键词：声矢量阵列；声压阵列；求根ＭＵＳＩＣ算法；波达方向；空间谱中图分类号：ＴＮ９１

3、１．７文献标识码：Ａ┄：１０．３９６９燉ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１７４４９．２０１０．０２．０１０┄┄┉┐┊┈﹢━┄┇┉│﹣┈┄┃﹢┄┊┈┉┉┄┇┃┈┄┇﹢┇┇┎┃┇┄┇│┃﹢┃━┎┈┈１，３１，２１，２ＷＡＮＧＰｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＧｕｏｊｕｎ，ＸＩＯＮＧＪｉｊｕｎ（１．ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔ

4、ｏｒｙｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆ＤｙｎａｍｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）﹢┈┉┇┉：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｒｏｏｔｍｕｓｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎａｃｏｕｓｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒａｒｒａｙ，ｗｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｎｅｗｒｏｏｔｍｕｓｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓ

5、ｅｄｏｎａｃｏｕｓｔｉｃｖｅｃｔｏｒｓｅｎｓｏｒａｒｒａｙ，ａｎｄｓｅｌｅｃｔａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｌｅａｄａｎｇｌｅｂｙｓｐａｔｉａｌｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆａｒｒａｙｓｉｇｎａｌｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｒｒｉｖａｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ．ＴｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆａｎｕｎｉｆｏｒｍｌｉｎｅａｒｒａｙｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｎｅｗｒｏｏｔｍｕｓｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｏｎｅｉｎｌｏｗＳＮＲ，ｆｅｗ

6、ｓｎａｐｓｈｏｔ，ａｎｄｔｈｅｓｉｍｐｌｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．┎┌┄┇┈：ａｃｏｕｓｔｉｃｖｅｃｔｏｒｓｅｎｓｏｒａｒｒａｙ；ａｃｏｕｓｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒａｒｒａｙ；ｒｏｏｔｍｕｓｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｒｒｉｖａｌ；ｓｐａｔｉａｌｓｐｅｃｔｒｕｍ收稿日期：２００９０６１５基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０７７５２０９）作者简介：王鹏（１９７７），男，博士生，主要从事计算数学、阵列信号处理研究．（总第８０期）声矢量阵列的求根ＭＵＳＩＣ算法及其性能分析（王鹏等）１４７０引言与传统的声压

7、水听器相比，矢量水听器能同时共点测量声场中的声压和三路相互正交的振速信息，所以其本身具有方向敏感性和大的测量信息量，基于矢量水听器阵列的ＤＯＡ估计性能较之于声压水听器阵也大为改善，可以实现空间降采样，增大基阵的孔径，国内外学者在此方面作了大量的研究［１，２］．ＭＵＳＩＣ子空间算法是高分辨估计的一种经典算法，突破了常规波束形成的瑞利限，提高ＤＯＡ估计性能，目前ＭＵＳＩＣ算法在矢量阵列中的应用也有一系列文献发表［３７］．求根ＭＵＳＩＣ算法（ＲｏｏｔＭＵＳＩＣ）［８１０］是ＭＵＳＩＣ算法的多项式求根形式，是用求多项式根的方法来替代ＭＵＳＩＣ算法中的

8、谱搜索，通过多项式求根来代替谱峰搜索，使得计算量降低，同时分辨率有所改善．本文在传统声压阵列的求根ＭＵＳＩＣ算法的基础上，