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基于MUSIC算法的空间声源定位研究

作　者: 蹇丹
导　师: 高晶波
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 一般力学与力学基础
关键词: 阵列信号处理 MUSIC算法相干信源阵列误差
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

空间谱估计是阵列信号处理领域中的重要研究方向,它是雷达、声纳、主动防护系统、通讯系统以及智能天线等许多技术领域的共性问题。而空间谱估计的研究主题是处理带宽内信号的到达方向(DOA, Direction of Arrival)。最经典的超分辨率空间谱估计方法是Schmidt在1979年提出的MUSIC(Multiple Signal Classification)算法,在模型准确的条件下,该算法能精确地估计空间上互不相干信号的波达方向。本文通过实验,分析了在工程实际中影响MUSIC算法性能的因素及产生误差的原因,并进行了误差校正。本文主要完成的工作:研究了MUSIC算法基于均匀线阵的远场信号数学模型,给出了不同应用背景下的MUSIC算法的仿真。研究了空间相干信号的MUSIC算法,MUSIC算法在对相干信源进行估计时性能严重下降甚至失效,本论文介绍了空间平滑算法解相干方法,空间平滑法虽然解决了相干信号源的问题,但是代价却是减小了阵列孔径,降低了阵列的分辨率。在这种情况下本文给出了信号加窗滤波的方法,并给出了该方法的理论仿真,与经典MUSIC算法的仿真结果进行了比较,结果表明,通过信号加窗滤波方法能够很好的分辨空间相干的信号。阵列误差是MUSIC算法应用于工程实际的瓶颈问题。本文通过大量实验给出声基阵的幅相误差、阵元位置误差的校正,并给出了校正结果,结果表明,通过校正的声基阵能够提高声源定位精度。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-14
  1.1 课题背景  7-8
  1.2 阵列信号处理技术及工程应用  8
  1.3 阵列信号处理的研究意义  8-10
  1.4 国内外研究发展动态  10-12
  1.5 本文所做工作及主要内容  12-14
第2章基于多重信号分类算法的空间谱估计  14-28
  2.1 空间谱估计概述  14-15
  2.2 基于均匀线阵的远场信号数学模型  15-17
  2.3 MUSIC算法的研究  17-21
    2.3.1 概述  17-18
    2.3.2 信号子空间与噪声子空间  18-20
    2.3.3 经典MUSIC算法  20-21
  2.4 MUSIC算法仿真实验  21-27
    2.4.1 MUSIC算法的实现  21
    2.4.2 空间不相干声源仿真实验  21-25
    2.4.3 空间相干声源仿真实验  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章 MUSIC算法对相干信源的DOA估计  28-39
  3.1 相干信源对MUSIC算法的影响  28-29
  3.2 相干信源模型  29-30
  3.3 空间平滑法对相干信源的DOA估计  30-34
    3.3.1 空间平滑法原理和前后向平滑技术  30-32
    3.3.2 算法仿真实验  32-34
  3.4 信号加窗滤波对相干信源的DOA估计  34-37
    3.4.1 窗函数的选择  35-36
    3.4.2 信号加窗滤波仿真实验  36-37
  3.5 本章小结  37-39
第4章 MUSIC算法对空间声源定位性能分析  39-56
  4.1 实验研究目的  39
  4.2 空间单声源定位实验  39-44
    4.2.1 实验装置及参数选择  39-40
    4.2.2 实验方案  40-44
  4.3 实验误差分析与误差校正  44-53
    4.3.1 阵列误差信号模型  44-46
    4.3.2 阵列误差对MUSIC算法性能的影响  46-48
    4.3.3 等距线阵阵元位置误差校正  48-53
  4.4 空间两相干声源定位实验分析  53-55
  4.5 本章小结  55-56
结论  56-58
参考文献  58-62
攻读学位期间发表的学术论文  62-64
致谢  64

基于MUSIC算法的空间声源定位研究

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