吉林大学学报(工学版) ›› 2014, Vol. 44 ›› Issue (5): 1453-1459.doi: 10.7964/jdxbgxb201405037

• • 上一篇    下一篇

基于四元数MUSIC算法的声矢量传感器阵列二维波达角估计

李新波1, 孙海欣2, 李晓青1, 赵洋1, 梁亮1, 房小朋1   

  1. 1.吉林大学 通信工程学院,长春 130022;
    2.长春大学 电子信息工程学院,长春 130022
  • 收稿日期:2013-08-21 出版日期:2014-09-01 发布日期:2014-09-01
  • 作者简介:李新波(1980), 男, 讲师, 博士.研究方向:阵列信号处理.E-mail:cinple@126.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51375207); 吉林省青年科研基金项目(20140520064JH).

2D direction of arrival estimation with acoustic vector sensor array based on quarternions MUSIC algorithm

LI Xin-bo1,SUN Hai-xin2,LI Xiao-qing1,ZHAO Yang1,LIANG Liang1,FANG Xiao-peng1   

  1. 1.College of Communication Engineering, Jilin University,Changchun 130022,China;
    2.College of Electronics and Information Engineering ,Changchun University 130022, China
  • Received:2013-08-21 Online:2014-09-01 Published:2014-09-01

RICH HTML

0   

PDF (PC)

731

摘要： 利用声矢量传感器导向矢量和四元数之间的相似性,推导并建立了以四元数形式表示的导向矢量,给出了声矢量传感器阵的四元数模型,理论分析了导向矢量与噪声子空间的正交性,在此基础上提出了基于四元数MUSIC空间谱的二维波达角估计方法。仿真实验表明,四元数MUSIC算法的分辨力要优于矢量MUSIC算法,在低信噪比下具有较高的DOA估计精度,验证了四元数的正交性优势,同时本文方法不局限于L线阵和面阵,对其他阵型也具有普遍适用性。

关键词: 信息处理技术, 四元数, 声矢量传感器, MUSIC算法, DOA估计

Abstract: The similarity between the steering vector and quaternion of acoustic vector sensor is utilized to derive and establish the quaternion expressing form of the steering vector, and the quaternion model of the acoustic vector sensor array is proposed. Moreover, the orthogonality of the steering vector and noise subspace is theoretically analyzed. Based on the quaternion Multiple Signal Classification (MUSIC) spatial spectrum, a 2-D Direction of Arrival (DOA) estimation method is proposed. Experiment results show that the resolution of the quaternion MUSIC algorithm is better than that of the vector MUSIC algorithm. In low Signal-to-Noise Ratio (SNR), the quaternion MUSIC algorithm has higher accuracy of DOA estimation. At the same time, this method can be applied not only to the L-shape array and plane array, but also to other array formations.

Key words: information processing, quaternion, acoustic vector sensor, MUSIC algorithm, DOA estimation

中图分类号: 

  • TN911.7
[1] 何光进,程锦房,张炜.基于四元数的声压振速联合方位估计算法[J].武汉理工大学学报,2012,36(4):712-716.He Guang-jin, Cheng Jin-fang, Zhang Wei. Sound pressure and velocity joint estimation algorithm based on quaternion[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2012, 36(4):712-716.
[2] 刘兆霆,阮谢永.色噪声背景下基于声矢量阵列孔径扩展的相干目标波达方向估计[J].兵工学报,2011,32(3):257-263.Liu Zhao-ting, Ruan Xie-yong. Direction of arrival estimation of coherent target based on aperture extension of acoustic vector array under colored noise background[J]. Journal of Armaments Factories, 2011, 32 (3) : 257-263.
[3] Sebastian Miron, Nicolas Le Bihan. High resolution vector-sensor array processing using quarternions[C]∥IEEE Workshop Statistical Signal Processing, Bordeaux, 2005.
[4] 何光进,程锦房,刘毅.声矢量阵方位估计算法及其改进[J].计算机仿真,2012, 29(11): 162-165.He Guang-jin, Cheng Jin-fang, Liu Yi. Azimuth estimation algorithm and its improvement of acoustic vector array[J].Computer Simulation, 2012, 29(11) : 162-165.
[5] Miron Sebastian, Bihan Nicolas Le. Quarternion MUSIC of vector sensor array processing[J].IEEE Transactions on Signal Processing,2006,54(4):1218-1229.
[6] Bihan Nicolas Le, Miron Sebastian, Mars Jerome I. MUSIC algorithm for vector sensors array using biquaternions[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2007, 55(9): 4523-4533.
[7] 刘靖,崔晗,陈芳炯.一种基于声矢量传感器阵列的二维来波方向和阵列增益联合估计算法[J].科学技术与工程,2009,9(9):2332-2335.Liu Jing,Cui Han, Chen Fang-jiong. 2-D direction of arrival and array gain joint estimation algorithm based on acoustic vector sensor array[J]. Science, Technology and Engineering, 2009, 9(9) :2332-2335.
[8] Wang You-hua, Zhang Jian-qiu, Hu Bo, et al. Hypercomplex model of acoustic vector sensor array with its application for the high resolution two dimensional direction of arrival estimation[C]∥IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference, Canada, 2008.
[9] 张揽月,杨徳森. 基于MUSIC算法的矢量水听器阵源方位估计[J]. 哈尔滨工程大学学报,2004,25(1):30-33.Zhang Lan-yue, Yang De-sen. Azimuth estimation of vector hydrophone array based on MUSIC algorithm[J]. Journal of Harbin Engineering University,2004,25(1):30-33.
[1] 苏寒松,代志涛,刘高华,张倩芳. 结合吸收Markov链和流行排序的显著性区域检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1887-1894.
[2] 徐岩,孙美双. 基于卷积神经网络的水下图像增强方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1895-1903.
[3] 黄勇,杨德运,乔赛,慕振国. 高分辨合成孔径雷达图像的耦合传统恒虚警目标检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1904-1909.
[4] 李居朋,张祖成,李墨羽,缪德芳. 基于Kalman滤波的电容屏触控轨迹平滑算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1910-1916.
[5] 应欢,刘松华,唐博文,韩丽芳,周亮. 基于自适应释放策略的低开销确定性重放方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1917-1924.
[6] 陆智俊,钟超,吴敬玉. 星载合成孔径雷达图像小特征的准确分割方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1925-1930.
[7] 刘仲民,王阳,李战明,胡文瑾. 基于简单线性迭代聚类和快速最近邻区域合并的图像分割算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1931-1937.
[8] 单泽彪,刘小松,史红伟,王春阳,石要武. 动态压缩感知波达方向跟踪算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1938-1944.
[9] 姚海洋, 王海燕, 张之琛, 申晓红. 双Duffing振子逆向联合信号检测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1282-1290.
[10] 全薇, 郝晓明, 孙雅东, 柏葆华, 王禹亭. 基于实际眼结构的个性化投影式头盔物镜研制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1291-1297.
[11] 陈绵书, 苏越, 桑爱军, 李培鹏. 基于空间矢量模型的图像分类方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 943-951.
[12] 陈涛, 崔岳寒, 郭立民. 适用于单快拍的多重信号分类改进算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 952-956.
[13] 孟广伟, 李荣佳, 王欣, 周立明, 顾帅. 压电双材料界面裂纹的强度因子分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 500-506.
[14] 林金花, 王延杰, 孙宏海. 改进的自适应特征细分方法及其对Catmull-Clark曲面的实时绘制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 625-632.
[15] 王柯, 刘富, 康冰, 霍彤彤, 周求湛. 基于沙蝎定位猎物的仿生震源定位方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 633-639.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!
版权所有 © 《吉林大学学报(工学版)》编辑部
地址：长春市人民大街5988号　电话：+86-431-85095297　传真：+86-431-85094074　E-mail: xbgxb@jlu.edu.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发