基于稀疏分解理論的聲矢量陣信號處理.pdf

1、矢量水聽器技術(shù)是水聲技術(shù)學科的一個標志性進步，受到了各海洋大國的普遍關(guān)注，也是我國水聲技術(shù)領(lǐng)域最具發(fā)展前景的方向之一。稀疏分解理論為信號提供了簡潔、靈活和自適應(yīng)的表示方法，可以從本質(zhì)上降低信號處理成本，提高壓縮效率。壓縮傳感理論是在盲源分離和稀疏分解理論基礎(chǔ)上提出的一種全新的信息獲取指導理論，打破了傳統(tǒng)采樣定理的限制，是現(xiàn)代信息理論的一個重大變革。本文對稀疏分解理論和壓縮傳感理論在水聲信號處理中的應(yīng)用進行了比較系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容和

2、創(chuàng)新點如下：
　　 1.矢量水聽器陣列的DOA估計研究
　　 根據(jù)目標方位在其角度搜索空間的稀疏性，采用聲矢量陣方向向量的形式建立原子庫，構(gòu)造出相應(yīng)的稀疏向量，進而建立基于稀疏分解理論的聲矢量陣DOA估計模型。分別采用單快拍算法和多快拍算法，實現(xiàn)小快拍數(shù)、低信噪比情況下的聲矢量陣DOA高分辨估計。通過對湖試數(shù)據(jù)的處理，對算法性能進行了分析和驗證，并與傳統(tǒng)波束形成、基于四階累積量的波束形成、MVDR、MUSIC等算法進行了

3、對比，驗證了基于稀疏分解理論的聲矢量陣DOA估計算法在小快拍數(shù)和低信噪比情況下的優(yōu)良性能，適合用于動目標的DOA估計。
　　 根據(jù)壓縮傳感理論，通過投影測量矩陣實現(xiàn)對聲矢量陣接收數(shù)據(jù)的維數(shù)壓縮，從而極大降低后續(xù)處理的計算成本。通過壓縮傳感理論的維數(shù)壓縮，可以使得MVDR等算法用于快拍數(shù)小于陣元數(shù)的情況。
　　 2.頻率估計研究
　　 基于信號頻率在頻率搜索空間的稀疏性，分別根據(jù)信號形式、時域流型、時間窗模型建立基

4、于稀疏分解理論的頻率估計模型。通過仿真和矢量水聽器湖試數(shù)據(jù)的處理，對算法的性能進行了詳細的分析，并與周期圖法和MUSIC算法進行了對比。結(jié)果表明，在小樣本和低信噪比、特別是小樣本情況下，算法具有明顯優(yōu)勢。通過壓縮傳感理論，能夠以極大的比例對采樣數(shù)據(jù)進行維數(shù)壓縮，降低后續(xù)處理的計算成本。
　　 3.基于單矢量水聽器的頻率一方位聯(lián)合估計研究
　　 通過對矢量水聽器接收信號的分析，構(gòu)造單矢量水聽器的時空陣列流型，提出了基于稀疏