单矢量水听器的几种DOA估计方法.pdfVIP

学兔兔 第33卷 第3期 仪 器 仪 表 学 报 Vol_33 No．3 2012年3月 Chinese Journal of Scientific Instrument Mar．2012 单矢量水听器的几种DOA估计方法 曾雄飞，孙贵青，李 宇，黄海宁 (中国科学院声学研究所 北京 100190) 摘 要：针对单矢量水听器，将旋转不变技术(estimation of signal parameters via rotational invariance techniques，ESPRIT)等参数 估计算法用于直方图统计，并提出了基于单矢量水听器的多重信号分类(muhiple signal classification，MUSIC)算法，推导出波束 形成的功率谱公式和半功率波束宽度公式以及不同声压振速组合情形下定向性能的理论下界，同时也对其他波达方向(direc． tion of arrival，DOA)估计方法进行了总结。理论分析和实验结果表明：ESPRIT等用于直方图统计后能够获取更为全面准确的 目标信息；MUSIC算法可获得比最小方差无畸变响应(minimum variance distortionless response，MVDR)更高的分辨率，而且同样 满足实时处理要求；MVDR的半功率波束宽度与信噪比大致呈现反比例关系，而常规波束形成(conventional beam一~rming，CBF) 的半功率波束宽度收敛于131．06。，两者都只与信噪比有关；声能流法等适用于较高信噪比情形，而波束形成和子空间方法的 定向精度在较低信噪比情形下仍能接近理论下界，尤其是波束形成具有良好的宽容性；功率谱估计的3种算法具有相同的估计 误差边界；各定向算法的时间花销都较小，均可应用于实时系统。 关键词：矢量水听器；波达方向；参数估计；功率谱估计 中图分类号：TB566 文献标识码：A 国家标准学科分类代码：510．402 Several approaches of DoA estimation for single vector hydrophone Zeng Xiongfei，Sun Guiqing，Li Yu，Huang Haining (Institute ofAcoustics，Chinese Academy ofSciences，Beifing 100190，China) Abstract：Aiming at single vector hydrophone，the parameter estimation methods，such as estimation of signal pa— rameters via rotational invariance techniques(ESPRIT)and etc．，are used for histogram statistics；and multiple sig— nal classification(MUSIC)algorithm based on single vector hydrophone is presented．Meanwhile，the power spec— trum formula，half-power beamwidth(HPBW)formula for beam-forming and the Craomrr—Rao bound(CRB)of di— rectional performance for various combinations of pressure and particle velocity are introduced．Theo