一种声源波达方向估计方法的性能分析

探讨了环绕在刚性圆柱上均匀圆阵的声源波达方向估计问题.在声场分解理论的基础上,分析了刚性圆柱体对圆阵响应的影响,研究了均匀圆阵对连续圆阵采样所产生的冗余误差及其与阵元数和圆阵半径的定量关系,由声场分解得到的特征波束构成一虚拟线阵,此虚拟线阵具有360.的方位角观察范围,在此基础上利用MUSIC算法实现了声源波达方向估计,在单声源条件下推导了算法的Cramer-Rao界的定量表达式,并进行了计算机仿真验证.     

基于NC-MUSIC算法的均匀圆阵DOA估计及性能分析

近年来基于非圆信号的DOA估计算法由于其优良的估计性能,受到越来越多的关注。在接收阵列为均匀圆阵的情况下,对入射信号进行方位角和俯仰角的联合估计。依据非圆信号的DOA估计数学模型及阵列模型,采用NC-MUSIC算法完成对均匀圆阵方位角和俯仰角的联合估计。通过计算机仿真,得出该算法对均匀圆阵方位角和俯仰角的估计是比较准确的,并且通过NC-MUSIC与MUSIC算法仿真性能的分析比较,得出在接收阵列为均匀圆阵的情况下,NC-MUSIC算法也优于MUSIC。     

时空欠采样宽频段信号频率和二维角估计方法

本文提出了一种时空欠采样宽频段(2~18GHz)信号频率、方位角和仰角三维参数估计方法.该方法采用均匀圆阵和阵元延时,可在时间欠采样条件下实现频率无模糊估计;在空间欠采样条件下,用整数搜索法实现方位角和仰角无模糊估计,且频率、方位角和仰角估计可自动配对.该方法不仅可用于二阶统计量阵元空间和DFT波束空间,而且还可用于四阶累积量,可在高斯白或色噪声背景下,估计非高斯信源的参数.在DFT波束空间、阵元数相同和最大孔径相当时,该方法方位角和仰角估计的方差比L阵方法的方差小1~2个数量级.仿真实验表明了算法的有效性.     

一种互耦条件下多径信号的2D DOA估计方法

在均匀圆阵的阵列结构下,提出了一种互耦条件下相干多径信号的2D DOA估计方法,该方法基于RARE降秩理论,首先对多径相干源进行去相干处理,并对与俯仰角相关的互耦矩阵进行补偿,然后将圆阵导向矢量转换成新的波束空间阵列流型,同时将俯仰角与方位角变量构造到两个独立的函数中去,实现在互耦未知的情况下用求根的方法估计出方位角,再根据俯仰角向量函数与噪声零空间的关系通过1D参数搜索得到俯仰角的估计,最后再与方位角配对,得到2DDOA估计结果.整个估计过程仅需要1D参数搜索,不需要预先知道空间信源个数及相关性,俯仰角与方位角能正确配对,克服了RARE算法中2D DOA伪估计问题,没有孔径损失,计算量较RARE算法增加不大.仿真结果验证所提方法的有效性.     

基于MUSIC 算法的圆阵 DOA 估计技术及改进方法

介绍了基于MUSIC算法的圆阵到达方向（DOA）估计技术,即将均匀圆阵接收数据的协方差矩阵进行特征分解,把观测数据划分为信号子空间与噪声子空间,并利用2个空间的正交性构造出＂针状＂空间谱峰,进行信号源DOA估计;针对小信噪比和小快拍数情况下,常规 M USIC算法对入射角度相近的信号源的分辨率严重下降的问题,利用谱函数极大值点对方位角和仰角的二阶导数小于零的特性,通过对方位角和俯仰角求二阶偏导数,提出了新的空间谱函数的方法。     

基于ANM的非均匀圆阵二维DOA估计

传统的基于原子范数最小化（Atomic Norm Minimization, ANM）的波达方向（Direction of Arrival, DOA）估计算法无法直接应用于不满足范德蒙德结构的非均匀圆阵,针对这一问题提出了一种基于虚拟阵列变换的改进方法。以某非均匀圆阵作原始阵列为例,首先通过虚拟阵列变换处理原始阵列接收的数据,使其转换为虚拟的均匀L阵接收数据,将非均匀圆阵上的DOA估计问题转化为两个均匀线阵上的DOA估计问题,再利用基于ANM的DOA估计算法与L型阵的二维角度关系还原出方位角和俯仰角。通过仿真与实测实验验证了所提算法应用于非均匀圆阵的可行性,并分析其DOA估计结果,证明其拥有较高的估计精度。     

用均匀圆阵实现宽频段来波信号频率和二维角估计

本文提出了一种在DFT波束空间实时估计入射到均匀圆阵(UCA)上宽频段(1～18GHz)信号的频率、方位角和仰角的方法。该方法可在时间欠采样条件下实现频率无模糊估计,在空间欠采样条件下,用整数搜索法实现方位角和仰角无模糊估计,且频率、方位角和仰角估计可自动配对。模拟频率间接估计算法的估计方差比直接估计算法的方差要小2～3个数量级。仿真实验表明了算法是有效的。     

用均匀圆陈实现宽频段来波信号频率和二维角估计

本文提出了一种在ＤＦＴ波速空间实时估计入射到均匀圆阵（ＵＣＡ）上宽带段（１￣１８ＧＨｚ）信号的频率、方位角和仰角的方法。该方法可在时间欠采样条件下实现频率无模糊估计,在空间欠采样条件下,用整数搜索法实现方位角和仰角无模糊估计,且频率、方位角和仰角估计可自动配对。模拟频率间接估计算法的估计方差比直接估计算法的方差要小２￣３个数量级。仿真实验表明了算法是有效的。     

基于模式空间的均匀圆阵方位估计性能研究

在建立了均匀圆阵数学模型的基础上,将模式空间与经典高分辨方位估计算法——多重信号分类法（MUSIC）应用到均匀圆阵方位估计（DOA）中;详细推导了模式空间虚拟均匀线阵的形成过程,并通过计算机仿真给出了MUSIC算法在虚拟均匀线阵下的方位估计成功概率、估计方差、估计偏差等随信噪比变化时的变化情况。仿真结果表明,随着信噪比的增加,基于模式空间将均匀圆阵变成虚拟线阵,方位估计性能有了明显提高。     

基于均匀圆阵相干信源的二维DOA估计

随着通信技术的不断发展,信号传输环境变得日益复杂。针对多径传播形成的高度相关和相干信号测向问题,提出了一种基于均匀圆阵相干信源的二维DOA估计方法。该方法利用均匀圆阵轴向虚拟平移解相干,通过去噪后利用虚拟子阵的自协方差矩阵和互协方差矩阵构造波达方向矩阵,利用该矩阵特征分解估计信号的俯仰角;然后将平滑后的自协方差矩阵与波束空间变换矩阵相乘,使圆阵的导向矢量具备范德蒙结构,最后用求根MUSIC算法估计出信号的方位角,完成了相干信号的二维DOA估计。该方法无需二维谱峰搜索,方位角和俯仰角自动配对,计算量小,分辨率高。仿真实验证明了所提方法的正确性。     

一种利用均匀圆阵对称特性的近场源酉变换估计算法

针对现有均匀圆阵的近场源三维参数估计算法运算量大的缺点,提出了一种基于均匀圆阵对称特性的近场源酉变换估计算法。该算法利用均匀圆阵对称特性将阵列导向矢量进行酉变换和对角化分离处理,消除距离参数,把三维搜索问题化简为二维搜索问题,同时把复值方向矢量转化为实值方向矢量。计算机仿真结果显示,所提算法估计性能优于相关序列降维估计方法,与三维多重信号分类算法性能相当,且通过矩阵分离降维和实值化处理,减少了运算量,有利于工程实时处理。     

Beam Pattern Design and Performance Analyses for Circular Array with Spherical Baffles

The influence of a rigid spherical baffle on the response of a uniform circular microphone array （UCA） is analyzed and two eigen-beam beamforming arrays are designed in the eigen-beam subspaee derived from the soundfield decomposition. Expressions of white noise gain （WNG） and directivity index （DI） are derived for the designed arrays. Performance analyses are carried out for the designed arrays and compared between those of the delay-and-sum beamforming array using UCA with and without a rigid sphere. Computer simulations demonstrate that the designed arrays have frequency-independent directivity with the cost of reduced robustness at low frequency band. The delay-and-sum beamforming array has constant WNG at all frequencies, while its directivity of which is reduced at low frequency band. The rigid sphere can improve the robustness for all the arrays.     

Beam Pattern Design and Performance Analyses for Circular Array with Spherical Baffles

The influence of a rigid spherical baffle on the response of a uniform circular microphone array (UCA) is analyzed and two eigen-beam beamforming arrays are designed in the eigen-beam subspace derived from the soundfield decomposition. Expressions of white noise gain (WNG) and directivity index (DI) are derived for the designed arrays. Performance analyses are carried out for the designed arrays and compared between those of the delay-and-sum beamforming array using UCA with and without a rigid sphere. Computer simulations demonstrate that the designed arrays have frequency-independent directivity with the cost of reduced robustness at low frequency band. The delay-and-sum beamforming array has constant WNG at all frequencies, while its directivity of which is reduced at low frequency band. The rigid sphere can improve the robustness for all the arrays.     

Two-dimensional DOA estimation for acoustic vector-sensor array using a successive MUSIC

This paper discusses the problem of two-dimensional (2D) direction of arrival (DOA) estimation for acoustic vector-sensor array, and derives a successive multiple signal classification (MUSIC) algorithm therein. The proposed algorithm obtains initial estimations of the azimuth and elevation angles obtained from the signal subspace, and uses successively one-dimensional local searches to achieve the joint estimation of 2D-DOA. The proposed algorithm, which requires the one-dimension local searches, can avoid the high computational cost within 2D-MUSIC algorithm. The proposed algorithm can obtain automatically-paired 2D-DOA estimation for acoustic vector-sensor array, and it has better DOA estimation performance than propagator method, estimation of signal parameters via rotational invariance technique algorithm and trilinear decomposition algorithm. Meanwhile, it has very close angle estimation to 2D-MUSIC algorithm. Furthermore, it is suitable for non-uniform linear arrays, works well for the sources with the same azimuth angle, and imposes less constraint on the sensor spacing, which does not have to be restricted within half-wavelength. We have also derived the mean-square error of DOA estimation of the proposed algorithm and the Cramer-Rao bound of DOA estimation. Simulation results verify the usefulness of the proposed algorithm.     

DOA ESTIMATION FOR WIDEBAND SOURCES BASED ON UCA

A new Direction Of Arrival （DOA） estimation algorithm for wideband sources based on Uniform Circular Array （UCA） is presented via analyzing widcband performance of the general ESPRIT. The algorithm effectively improves the wideband performance of ESPRIT based on the interpolation principium and UCA-ESPRIT. The simulated results by computer demonstrate its efficiency.     

基于均匀圆阵的近场源三维参数估计

基于均匀圆阵,提出一种近场源距离-方位角-俯仰角联合估计算法。利用阵元观测数据,构造一组高阶累积量矩阵,通过矩阵联合对角化技术得到阵列流形矩阵的估计。根据阵列流形矩阵的估计以及近场和远场条件下方位角相同的结论,获得方位角的估计。利用阵列流形矩阵和方位角的估计,得到距离和俯仰角的估计。该方法无需二维频域峰值搜索或参数配对。计算机仿真验证了算法的有效性。     

基于声矢量阵的信源数目检测和方位估计算法

大多数高分辨方位估计算法往往需要估计信源数目或假设已知，本文提出一种基于声矢量阵的信源数目检测和方位估计算法。该算法在解析振速模型的基础上，将基于二阶统计量的盲源分离技术应用于矢量阵数据通道的盲源分离，利用信号与噪声的声压和解析振速之间相关性的差异，依据相关系数评价准则实现信源数目的准确检测和方位估计。计算机仿真试验结果验证了算法的有效性。     

均匀圆阵DOA估计的一种酉变换方法

针对基于均匀圆阵的子空间类DOA估计算法包含大量复数运算、硬件实现复杂的问题,提出了阵元空间中的一种酉变换方法。该方法利用阵列的中心对称性将协方差矩阵和导向矢量分别转化为实对称阵和实矢量,从而大大降低了硬件实现复杂度。基于该酉变换的MUSIC算法在性能上优于传统的MUSIC算法和均匀圆阵模式空间酉MUSIC算法。     

均匀圆阵二维波达角估计的Cramer-Rao界

均匀圆阵(UCA)是一种应用广泛的具有二位波达角估计能力的平面阵列。为了从理论上分析不同阵列参数下到达波方位角(AOA)、仰角估计精度,推导了均匀圆阵二维波达角估计的性能界,以此为基础分析了阵列孔径、阵元个数、快拍数以及来波仰角高低与到达角估计精度的关系,并通过对UCA-MUSIC算法计算机仿真验证了推导结果的正确性。研究结果为波达角估计类算法提供了可供参考的性能下界,圆阵设计时也不再需要大量的Monte Carlo仿真试验确定阵列参数,可直接从估计精度表达式中获得。