基于矢量传感器阵列的空间谱估计技术的研究

空间谱估计技术是阵列信号处理中的一个重要的研究课题,也是雷达、声纳、通信等领域的基本任务之一,主要是研究在处理带宽内空间信号到达方向的问题。声矢量传感器技术是水声工程领域令人瞩目的研究方向之一。与传统的声压传感器相比,声矢量传感器可以获取更为全面的声场信息。它的出现,为解决水下目标的检测、定位及噪声识别等诸多问题提供了一种新的方式和手段。鉴于空间谱估计方法的巨大优势,学者们很自然地考虑到将其应用于声矢量传感器阵信号处理中。 目前的大多数空间谱估计算法都是基于均匀线阵的,同时为了避免信号估计方向的模糊,阵元间距一般取信号波长的一半,这样在阵元数确定的情况下,阵列的孔径就确定了。然而在一些应用场合,对阵列的设置具有特殊性,因而对包括非均匀线阵等阵形在内的特殊阵列的空间谱估计的研究也成了一个热点。 本论文的目的:一是研究非均匀线阵的空间谱估计问题,分析应用非均匀线阵测向的优缺点,然后将非均匀线阵应用到矢量传感器阵列中,以期进一步提高矢量传感器阵列的测向性能;二是探讨矢量传感器阵列宽带信号的空间谱估计方法。 论文首先通过仿真详细分析了各种经典空间谱估计算法的优缺点,接着讨论了空间谱估计算法在非均匀线性阵列测向中的应用问题,然后基于满足阵列无模糊条件的典型阵列设置方式,从多个角度探讨了矢量传感器非均匀线阵的空间谱估计性能。实验结果表明,在阵元数相同的情况下,非均匀线阵在DOA估计方面比均匀线阵有更多的优点,利用非均匀线阵进行空间谱估计有着很好的发展前景。同时,矢量传感器非均匀线阵有着很好地抗噪声能力和解相干信号的能力,利用非均匀线阵可以在一定程度上可以改善矢量传感器阵列的测向性能。最后,在宽带相干信号空间谱估计算法的基础上,本论文探讨了一种基于协方差矩阵分解的矢量传感器阵列宽带相干信号的处理算法,并通过仿真对该算法进行了性能分析。