何光进，高 峰

三种基于四元数模型的声矢量阵MUSIC算法

何光进，高 峰

（驻广州地区第三军事代表室，广州 510000）

传统的基于长矢量模型的MUSIC算法没有充分利用矢量水听器各分量之间的正交特性，存在多目标分辨能力不足的缺点。针对这一情况，文中引入了四元数的概念，利用四元数能更好地描述矢量水听器各分量的正交结构这一优点，提出了三种基于四元数模型的二维声矢量阵方位估计算法：Q-VV算法、Q-PV算法和Q-PVV算法。与基于长矢量模型的MUSIC算法相比，新算法降低了协方差矩阵的维数，占用更少的内存空间。同时，由于利用了四元数强正交性约束的特点，新算法有好的单目标估计精度和多目标分辨能力。其中：Q-PV算法和Q-PVV算法利用了声压与振速的相干性，抗各向同性干扰的能力优于Q-VV算法。仿真实验证明了算法的有效性。

声矢量阵 MUSIC算法 四元数 方位估计 联合方位估计

0 引言

声源波达方向(DOA)估计是水下声纳系统研究的重要内容，随着矢量水听器的出现，声矢量信号处理成为研究热点。由于矢量水听器可以同时、共点地拾取水下空间某一质点的声压与振速信息，与声压水听器相比，在相同阵元条件，矢量水听器阵有较高的阵增益和空间分辨力。因此，许多学者将矢量水听器的优点和超分辨率方位估计算法相结合，研究了基于矢量水听器阵的超分辨率DOA估计算法[1-6]。但是，这些算法都采用“长矢量”形式的数学模型，即将声压与振速分量看成相互独立的输出，将描述不同阵元输出的复矢量进行串联，通过增加观测数据矩阵的维数来提高对目标信号DOA估计精度[7]。……