相关噪声背景下声矢量阵目标方位估计-论文.pdf

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1、船电技术{控制技术Vo1．34No．82014．8相关噪声背景下声矢量阵目标方位估计何光进，姬钟景(海军驻昆明地区军事代表办事处，云南昆明650051)摘要：传统的矢量水听器数据处理方法将单个矢量水听器的输出用一复数向量来表示，没有充分利用矢量水听器各振速通道的正交特性，为此提出了用复四元数对矢量水听器的输出数据建模，将矢量水听器输出的三个振速分量用复四元数的三个虚部表示，保留了矢量水听器各阵元的正交性，对相关噪声有较好的抑制能力。针对声源的非平稳特性，将观测数据分成多个子段，计算每个子段的协方差矩阵并进行向量化处理，通过一正交映射，消除

2、干扰噪声，最后对去除噪声的伪协方差矩阵做特征值分解，利用MUSIC算法原理建立目标的方位估计公式。算法降低了对声源信号平稳性要求，对相关噪声有较强的鲁棒性。关键词：矢量水听器方位估计复四元数MUSIC相关噪声中图分类号：TB911文献标识码：A文章编号：1003—4862(2014)08-0046-05DoAEstimationunderCorrelatedNoisesUsingVectorHydrophoneArrayHeGuangjin，JiZhongjing(NavyRepresentatiVesOficeinKunming，Kun

3、ming650051,Yunnan，China)Abstract：／ntraditionalacousticvectordataprocessing,theoutputofasinglevectorhydrophoneismodeledasacomplexcolumnvector,whichcannotholdtheorthogonalstructureofthehydrophone．Accordingtothis，thecomplex—quaterniondatamodelofthevectorhydrophoneisproposed,

4、andthevelocityelementsareputinthepositionofthreeimaginaryparts，whichholdtheorthogonalityofvelocitysensorsandisrobusttocoherentnoises．Asthenon—stationarypropertiesoftheacousticsources，thereceiveddataaredividedintomultipleframes．Thecovariancematrixanditsvectorizationofeachf

5、ramearecalculated．Anorthogonalprojectionisemployedtoeliminatetheinterferencenoises．ThenoisefreecovariancematrixisusedtoestimatetheDOAofthesourcesbytakinguseoftheprincipleofMUSICalgorithm．Thesimulationresultshowsthatthealgorithmlowerthesmoothnessrequirementfortheacousticwa

6、ve,andhasbetterrobustnesstonoises．Keywords：vectorhydrophone；DOAestimation；complex—quaternion；MUSIC；coherentsources方位估计受到了广泛关注并提出了许多算法【1】0引言引。这些算法有以下一些共同点：1)用一个3×1矢量水听器可以同时测量声场空间一点处或4×1的复向量对单矢量水听器的输出数据进的声压和质点振速的三个正交分量，且具有与频行建模；2)假设目标信号是一个平稳过程；3)率无关的偶极子指向性和高的附加增益，在对舰假设矢量水听器

7、各通道的噪声为非相关的高斯船辐射低频线谱检测与定位方面具有标量水听白噪声。器无法比拟的优势。利用矢量水听器对目标进行对于1)，其实质是将单个矢量水听器看作为一三元或四元的非空间共点阵列，然后运用常规阵列信号处理的方法对数据进行处理。该方法收稿日期：2014．03．11作者简介：何光进(1983-)，男，博士。研究方向：目标没有利用矢量水听器各振速阵元的正交关系，估检测与识别。船电技术I控制技术计效果不能达到最优。文献[5】利用矢量水听器表示为以下的复四元数形式【9]．三个振速通道的正交关系将单个矢量水听器表q。=P+z+十(2)示为一个四

8、元数，但是他仅利用了矢量输出数据其中：P、vy、Vz为三维矢量水听器的声的实部，丧失了相位信息，建模并不完整。对于压和振速通道的输出，均为虚部为的复数，2)，舰船辐射噪声作为矢量水听器的目标信