基于MEMS矢量水聽器的信號處理與DOA估計(jì).pdf

1、MEMS矢量水聽器的優(yōu)點(diǎn)在于它體積小、一致性好、成本低等優(yōu)勢，且能夠同時(shí)、共點(diǎn)地獲得聲場中的標(biāo)量聲壓信息和矢量振速信息，而更豐富的輸出信號也為聲源目標(biāo)的信號處理與波達(dá)方向估計(jì)提供了更多的處理手段，并且具備抵消各向同性噪聲干擾的能力。近年來，矢量水聽器技術(shù)在水下目標(biāo)探測、潛艇隱身及聲源定向定位等領(lǐng)域受到了各海洋大國的普遍關(guān)注，并已用于水聲領(lǐng)域的工程應(yīng)用階段，而相關(guān)的信號處理問題也成為各國研究的前沿?zé)狳c(diǎn)。
　　本文對自適應(yīng)算法和DOA

2、估計(jì)算法在水聲信號處理中的應(yīng)用進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)根據(jù)水聲信號與噪聲信號特征的差異性，針對MEMS水聽器采集的數(shù)據(jù)“淹沒”在強(qiáng)噪聲場中的問題，提出采用LMS自適應(yīng)噪聲對消與Fourier變換濾波相結(jié)合的改進(jìn)算法進(jìn)行信噪分離，對提取后的信號與理想信號做MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)對比，并從均方誤差（RMSE）、信噪比(SNR)、信噪比增益(GSNR)、相似度(R)等方面進(jìn)行了去噪性能評價(jià)分析。仿真結(jié)果表明，該

3、改進(jìn)算法突破了傳統(tǒng)自適應(yīng)噪聲對消法在低信噪比（低于0dB）和非平穩(wěn)噪聲環(huán)境下去噪效果奇差的局限，在信噪比降至-15dB以下時(shí)，仍有很好的去噪能力。
　　(2)利用改進(jìn)去噪算法得到預(yù)處理信號，分別運(yùn)用反切算法，平均聲強(qiáng)法，互譜算法及最小二乘法進(jìn)行了單矢量水聽器的聲源的波達(dá)方向（DOA，Direction Of Arrival）估計(jì)，與設(shè)定的方位角進(jìn)行均方誤差與成功率分析，評價(jià)改進(jìn)算法與中心濾波算法的在不同快拍數(shù)和信噪比環(huán)境下的優(yōu)劣性

4、能，為工程應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　(3)利用改進(jìn)算法結(jié)合多重信號分類(Multiple Signal Classification，MUSIC)算法進(jìn)行矢量水聽器陣列的DOA估計(jì)，評價(jià)改進(jìn)MUSIC算法與原MUSIC算法的在不同快拍數(shù)和信噪比環(huán)境下的優(yōu)劣性能，分別比較分析了方位角估計(jì)的均方誤差與預(yù)測成功率，顯示出改進(jìn)算法在低信噪比下的情況下仍有一定的工程應(yīng)用性。
　　仿真結(jié)果表明:該改進(jìn)去噪算法極大的提高了聲源方位角估計(jì)精度