[发明专利]一种基于声矢量传感器的机动声源方位估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于声矢量传感器的机动声源方位估计方法，属于信号处理技术领域。 

背景技术

在信号处理领域，波达方向(Direction of Arrival-DOA)估计是一个重要的研究课题，在导航、目标定位、波束形成方面都有着广泛的应用。1994年，Nehorai等将声学矢量传感器接收信号模型引入信号处理领域后，有关声学矢量传感器信号处理即成为研究的热点问题。与传统声压传感器仅感知声压信息相比，声学矢量传感器还可感知质点振速，增加了信息获取量，有望获得对声源状态更准确的认识。因而引起国内外研究者的关注，并进行了初步探索，取得系列研究成果。具体而言，Nehorai等研究了基于声学矢量传感器阵列DOA估计的CRLB；Hawkes等讨论了声学矢量传感器阵列的几何结构和传感器空间位置对参数估计性能的影响；顾陈、何劲等提出一种基于传播算子的声学矢量传感器阵列扩展孔径二维DOA估计算法。陈华伟，赵俊渭将宽带聚焦思想引入到了矢量传感器阵宽带处理，提出了基于矢量传感器阵的宽带相干信号子空间最优波束形成方法。此外，基于子空间的信号处理方法也均被应用到矢量传感器应用领域，如MUSIC算法以及ESPRIT算法。2011年Levin等提出基于一种基于单一矢量传感器的DOA估计方法，以期在空间非均匀高斯噪声环境中，通过加权最大能量梯度法估计声源方位，由于其最优权值需要通过一维搜索获取，该方法运算量较高。 

上述DOA估计的研究大多是以静止声源为研究对象，然而在实际工程应用中，对于DOA随着时间变化的机动声源目标，上述算法要重复对信号协方差矩阵进行特征值分解或奇异值分解，运算量极大，不能适用于实时性较高的DOA估计场合。因此，国内外部分学者尝试应用一些跟踪方向的滤波算法到声源定位与跟 踪领域，取得一定研究成果，但上述研究多局限于声压传感器阵，而基于矢量传感器阵列的声源定位与跟踪方法研究较少。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于声矢量传感器的机动声源方位估计方法，以解决目前声矢量传感器声源定位研究技术大多针对静止声源，在估计机动声源方位时估计精度低、运算量大、不适合实时处理的问题。 

本发明为解决上述技术问题而提供一种基于声矢量传感器的机动声源方位估计方法，该方法的步骤如下： 

1)利用改进最大能量梯度法获取初始时刻声源方向矢量和k时刻声源方向矢量

2)求出对应极坐标下的俯仰角与方位角初始状态向量 同时计算k时刻声源方向矢量对应极坐标下的俯仰角与方位角

3)根据卡尔曼滤波方法，获取k时刻的状态预测及其误差协方差矩阵P(k，k-1)， 

X^(k,k-1)=Φ(k,k-1)X(k-1)]]>

P(k，k-1）＝Φ(k，k-1）P(k-1，k-1）Φ(k，k-1)^T+Γ(k-1)Q(k-1)Γ(k-1)^T

其中，为k时刻声源目标的状态向量，θ为声源信号入射向量的俯仰角，为声源的方位角，Φ(k，k-1)为k-1时刻至k时刻的状态转移矩阵，Γ(k-1)为系统噪声驱动阵，W(k-1)为系统激励噪声序列； 

4)利用k时刻先验信息对以上预测信息进行修正，从而得到k时刻波达方向估计及其误差协方差矩阵P(k，k)：