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专利号: 2019111977516
申请人: 湖北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于圆形阵列和虚拟扩展的二维DOA定位方法,其特征在于,包括建立圆形阵列接收模型和虚拟扩展步骤:步骤1,建立圆形麦克风阵列接收模型,基于以下公式:步骤2,根据步骤1接收到的入射信号的数据,虚拟化处理接收数据:得到UCA的第m个阵元输出为:对式(2)进行空间M点的离散傅里叶变换(Discrete Fourier Tansform,DFT),有:令uq=v‑q,式(3)改写为矩阵形式为:

其等价

于是对于空间DFT,将式(3)可以改写为矩阵形式,即联立式(4),(5)和(6),可得

由式(7)可知,矩阵 具有范德蒙德形式,这样实现了将M元的UCA等效为2K+1元的虚拟ULA;

阵列扩展后的导向矢量b(φ,θ)为:

步骤3,将虚拟线性麦克风阵列拆分,得到多个子阵以及子阵的接收数据,根据以上的推导,采用模式空间变换的方法对式(7)进行阵列预处理,得到:因此,均匀圆形麦克风阵列转化为2K+1元的虚拟均匀线形麦克风阵,为了估计相干信号,加入空间平滑技术,将虚拟线阵划分为L个子阵,同样数据矢量y(t)也被划分为L个子矢量,因此式(9)可改写为:步骤4,利用所得到的每个子阵接收数据重构矩阵,构建空间谱代价函数并搜索谱峰得到声源信号的方位角与俯仰角:划分子阵后,利用各个子阵的信号接收数据,针对拆分后的第l个子阵的数据yl(t),重构矩阵实现相干信号DOA的估计;

利用 构造子阵四阶累积矩阵,将其标记为C′l:将所有的C′l相加得到改进的四阶累积量矩阵:将构建的四阶累积量矩阵 进行特征值分解,将得到的P个特征值按降序λ1>λ2>…>λP排列,信号子空间为ES=(e1,e2,...,eN),噪声子空间为EN=(eN+1,eN+2,...,eP);

由此建立空间谱代价函数为

其中, 而 是上述模式空间变换后所得到的的虚拟线阵经过拆分所得到的第一个子阵的导向矢量,因此利用式(13)在二维空间(φ,θ)中进行谱峰估计,利用空间谱代价函数PI‑FOC‑MUSIC(φ,θ)中找到N个极大值点所对应的角度来确定声源信号位置,即: