【摘要】：信號波達(dá)方向(Direction of Arrival,DOA)估計(jì)是陣列信號處理研究的一個主要方面,在雷達(dá)、通信以及語音處理等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。球面陣列由于其對稱特性且能夠在整個三維角度空間實(shí)現(xiàn)全覆蓋,近年來得到研究者的廣泛關(guān)注,球諧波域DOA估計(jì)方法研究不斷深入�；陔x散壓縮感知(Compressive Sensing,CS)的球諧波域DOA估計(jì)方法在小快拍數(shù)、多徑傳播等復(fù)雜環(huán)境下具有良好性能,但其存在網(wǎng)格失配誤差、多維參數(shù)優(yōu)化計(jì)算量較大等不足,實(shí)際應(yīng)用受到限制。而現(xiàn)有基于原子范數(shù)優(yōu)化的連續(xù)壓縮感知DOA估計(jì)方法,依賴陣列信號模型的范德蒙結(jié)構(gòu),因此僅適用于線陣。針對上述問題,本文將連續(xù)壓縮感知DOA估計(jì)方法推廣到球諧波域,并討論了在房間混響場景下麥克風(fēng)陣列聲源定位的應(yīng)用問題,主要研究內(nèi)容如下:1.提出了一種基于L1-SVD的連續(xù)壓縮感知球陣DOA估計(jì)方法,通過建立球諧波域?qū)蚴噶颗c范德蒙結(jié)構(gòu)矩陣間的關(guān)系,將傳統(tǒng)的原子范數(shù)推廣到球諧波域。在此基礎(chǔ)上,針對多快拍的情況,采用L1-SVD方法進(jìn)行降維處理,實(shí)現(xiàn)了球面陣列的二維DOA估計(jì)。與傳統(tǒng)離散壓縮感知方法相比,該方法無需劃分網(wǎng)格和高維多參數(shù)化,同時具有良好的測向性能,且具有處理相干信號的能力。2.基于L1-SVD的DOA估計(jì)方法,其正則化參數(shù)選擇存在困難。針對上述問題,本文提出了一種基于協(xié)方差矩陣的連續(xù)壓縮感知球陣DOA估計(jì)方法。通過將球諧波域協(xié)方差矩陣模型視為多測量向量(Multiple Measurement Vector,MMV),定義協(xié)方差矩陣的球諧波原子分解及其原子范數(shù)優(yōu)化問題,給出了基于半正定規(guī)劃(Semidefinite Programing,SDP)的求解方法,利用SH-ESPRIT方法實(shí)現(xiàn)了二維DOA估計(jì),提升了算法的魯棒性。3.在現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境中定位多聲源時遇到的主要挑戰(zhàn)之一是需要克服由于空間混響而導(dǎo)致的多徑失真的影響。本文在球諧波域連續(xù)壓縮感知DOA估計(jì)方法研究的基礎(chǔ)上,將其應(yīng)用于房間混響環(huán)境下的聲源定位場景,提出了基于直接路徑優(yōu)勢檢驗(yàn)(Direct-Path Dominance Test,DPD)的球諧波連續(xù)壓縮感知聲源定位方法。通過引入頻率平滑(Frequency Smoothing,FS)降低相干信號源的影響,利用DPD檢測選取直接路徑占優(yōu)勢的時頻塊解決混響環(huán)境下的系統(tǒng)欠定問題,再基于球諧波域連續(xù)壓縮感知DOA估計(jì)方法實(shí)現(xiàn)聲源定位。為了驗(yàn)證本文方法的有效性,對典型房間混響環(huán)境進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真,并與傳統(tǒng)方法進(jìn)行了性能比較。在此基礎(chǔ)上,利用LOCATA競賽實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),針對真實(shí)房間混響環(huán)境中單個以及多個靜止說話人場景,對算法的聲源定位性能進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,本文方法在室內(nèi)混響環(huán)境下相對于已有方法具有更好的定位精度和魯棒性。
【圖文】：

逑在實(shí)際生活中，球面陣ＤＯＡ估計(jì)在雷達(dá)、無線通信和語音等領(lǐng)域也得到了一系列的逡逑應(yīng)用。比如，在文獻(xiàn)［４］中，提出了球天線陣，如圖１．１邋（ａ）所示；在文獻(xiàn)［５］中，介紹了逡逑Ｅｉｇｅｎｍｉｋｅ邋Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ球形麥克風(fēng)，如圖１．１邋（ｂ）所不。逡逑＾邐＿逡逑（ａ）球天線陣［４］邐（ｂ）球形麥克風(fēng)［５１逡逑圖１．邋１球形傳感器陣列逡逑本文針對球形傳感器陣列，研宄基于連續(xù)壓縮感知的ＤＯＡ估計(jì)問題，并討論了在室逡逑內(nèi)聲源定位問題中的應(yīng)用。逡逑１．２國內(nèi)外現(xiàn)狀逡逑幾十年來，國內(nèi)外學(xué)者們對球形陣列的ＤＯＡ估計(jì)問題進(jìn)行了深入研宄。傳統(tǒng)的球陣逡逑ＤＯＡ估計(jì)方法是將其陣列流形映射到球諧波矢量空間（球諧波域），從而將經(jīng)典的ＤＯＡ逡逑估計(jì)方法推廣到球陣。逡逑文獻(xiàn)［６－９］將ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴ等子空間類方法擴(kuò)展到球諧波（Ｓｐｈｅｒ丨ｃａｌ邋Ｈａｒｍｏｎｉｃ，邋ＳＨ）逡逑域。文獻(xiàn)［６］提出了一種酉球面ＥＳＰＲＩＴ算法，該算法依賴于球諧波的遞推關(guān)系，形成了一逡逑種計(jì)算量較低的二維到達(dá)角估計(jì)算法。文獻(xiàn)［８］提出了球諧波求根ＭＵＳＩＣ邋（ＳＨＲＭＵＳＩＣ）逡逑算法，但是該算法的局限在于只能夠在確定俯仰角的情況Ｔ實(shí)現(xiàn)方位角的估計(jì)。文獻(xiàn)［９］逡逑提出了一種基于球諧波陣列兩段解耦的ＤＯＡ估計(jì)方法。逡逑相干信號的波達(dá)方向估計(jì)在信號處理中具有重要的意義。對于高分辨率子空間ＤＯＡ逡逑估計(jì)算法

假設(shè)有一個由Ｍ個具有任意方向性的陣元按照任意排列構(gòu)成的天線陣列，同時設(shè)有逡逑火個具有相同中心頻率TL、波長為NB的空間窄帶平面波分別以波達(dá)方向角逡逑中％入射到該陣列，如圖２．１所示，，這里的弋＝（６；４）（ｆ邋＝邋ｌ，２，．．？，尤）。分別是逡逑第ｉ個入射信號的俯仰角和方位角，其中，０￥３＜１８０°，０２p海跡常叮

本文編號：2639125