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工学硕士学位论文

基于 MUSIC 算法的空间声源定位研究







硕士研究生: 蹇丹
导师:高晶波副教授
申请学位级别: 工学硕士
学科、专业: 一般力学与力学基础
所在单位:飞行器动力学与控制研究所
答辩日期:2008 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
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Dissertation for the Master Degree in Engineering


RESEARCH ON SPATIAL SOUND
SOURCE LOCALIZATION BASED ON
MUSIC ALGORITHM





Candidate: Jian Dan
Supervisor: Associate Prof. Gao Jingbo
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: General Mechanics
Affiliation: Spacecraft Dynamics and Control
Institute
Date of Defence: June, 2008
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
空间谱估计是阵列信号处理领域中的重要研究方向,它是雷达、声纳、
主动防护系统、通讯系统以及智能天线等许多技术领域的共性问题。而空间
谱估计的研究主题是处理带宽内信号的到达方向(DOA, Direction of
Arrival)。最经典的超分辨率空间谱估计方法是 Schmidt 在 1979 年提出的
MUSIC(Multiple Signal Classification)算法,在模型准确的条件下,该算法能
精确地估计空间上互不相干信号的波达方向。本文通过实验,分析了在工程
实际中影响 MUSIC 算法性能的因素及产生误差的原因,并进行了误差校
正。
本文主要完成的工作:
研究了 MUSIC 算法基于均匀线阵的远场信号数学模型,给出了不同应
用背景下的 MUSIC 算法的仿真。
研究了空间相干信号的 MUSIC 算法,MUSIC 算法在对相干信源进行
估计时性能严重下降甚至失效,本论文介绍了空间平滑算法解相干方法,空
间平滑法虽然解决了相干信号源的问题,但是代价却是减小了阵列孔径,降
低了阵列的分辨率。在这种情况下本文给出了信号加窗滤波的方法,并给出
了该方法的理论仿真,与经典 MUSIC 算法的仿真结果进行了比较,结果表
明,通过信号加窗滤波方法能够很好的分辨空间相干的信号。
阵列误差是 MUSIC 算法应用于工程实际的瓶颈问题。本文通过大量实
验给出声基阵的幅相误差、阵元位置误差的校正,并给出了校正结果,结果
表明,通过校正的声基阵能够提高声源定位精度。

关键词阵列信号处理;MUSIC 算法;相干信源;阵列误差
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Spatial spectrum estimation is an important area in array signal processing,
which is mon problem in many fields, such as radar, sonar, active
protection system, communication system, smart antenna and so on. The main
topic of spatial spectrum estimation is the DOA (Direction of Arrival) of spatial
signals. The MUSIC (Multiple Signal Classification) algorithm, presented by
Schmidt in 1979, is the most classical super-resolution algorithm. On the
condition of antenna array, the DOA of uncorrelated sign