1.基于循环三阶矩与压缩感知的近场声源参数估计方法,其特征在于:简化声矢量传感器阵列由L个均匀布置于y轴坐标原点两侧的对称阵元构成的均匀对称线阵,阵元为由声压传感器和Z轴方向的振速传感器构成的简化声矢量传感器,阵元间隔d小于或者等于入射信号最小波长的四分之一;
近场声源参数估计方法的步骤如下:阵列接收K个近场、窄带、非相干声源信号,步骤一、利用L个阵元构成的均匀对称线阵作为接收阵列,接收K个非相干、近场、窄带信 号 ,z 轴 方向 的 振 速 传 感 器子 阵 M 次 快 拍数 据 构 成 接收 数 据 矩阵声压传感器子阵M次快拍数据构成接收数据矩阵
步骤二、由Z轴方向的振速传感器子阵接收数据矩阵求对称阵元数据循环三阶矩
其中
是第0个、第p个和第‑p个阵元z轴
方向的振速传感器接收数据的三阶矩矩阵, 分别是第0个、第p个和第‑p个阵元z轴方向的振速传感器第m次采样对应的数据;Ts表示采样周期,其中是第k个信号, 为第m次采样的加性高斯白噪声,θk为第k个信号的到达角;λk为第k个信号的波长,rk为第k个信号距离坐标原点的距离 ,α为循环三阶矩的循环频率;当α=ω0时,为ck(t)的三阶矩,对称阵元数据循环三阶矩写成矩阵表示形式为 为K个信号数据循环三阶矩对应的
列向量矩阵;
步骤三、根据数据循环三阶矩中信号阵列导向矢量矩阵Aμ的结构形式构造超完备到达角维稀疏字典 通过压缩感知方法求优化约束方程得到到达角的估计
其中Aμ为对称阵元数据循环三阶矩对应的信号阵列导向矢量矩阵,Aμ=[a(θ1),...,a(θk),...,a(θK)]为L×K的矩阵, 为L×1的列向量,根据信号阵 列 导向 矢 量的 形 式 和 精 度 要 求 ,构 造 压 缩 感 知 距 离 维 稀 疏 字 典为L×Nθ维稀疏字典,Nθ为潜在信号个数, 为Nθ×1维行稀疏信号矩阵; 不为零的元素对应真实信号位置, 表示将矩阵 每行中的元素平方求和构成一个列向量, 为Frobenius范数,为正则化参数,通过交叉验证方法获取数值;
[f]
步骤四、利用声压传感器子阵M次快拍数据构成的接收数据矩阵Z 对应的阵列导向矢量矩阵Af的结构形式,将步骤三得到的到达角估计值 代入,构造超完备距离稀疏字典 通过压缩感知方法求优化约束方程得到信源距离的估计
[f]
其中声压传感器子阵M次快拍数据构成的接收数据矩阵表示为Z =AfS+N,Af=[a(θ1,[f]r1),a(θ2,r2),…,a(θk,rk),…,a(θK,rK)]是数据矩阵Z 对应的信号阵列导向矢量,S为K×M的信号导向矢量矩阵,N为高斯白噪声矩阵,稀疏字典 是潜在信号构成的信号导向矢量,其中, Nr为潜
在信号的个数, 为声
压传感器幅度因子,exp(·)表示以e为底的指数运算, 为潜在信号的幅度构成的列矢量, 具有K个非零行的稀疏结构,每个非零行对应着声源信号的距离估计, 表示将矩阵 每行中的元素平方求和构成一个列向量,且Nr>>K,Nr>>L;
前述步骤中的k=1,...,K为信号个数序号,m=1,...,M为快拍序号,p=1,2,...,P为阵元数序号,nθ=1,...,Nθ为潜在信号个数的序号,nr=1,…,Nr为角度潜在信号序数,j为虚拟单位矢量。