基于快速平行因子分解的声矢量传感器阵二维DOA 估计
2021-03-31陈未央张小飞
陈未央,徐 乐,张小飞
(南京航空航天大学电子信息工程学院,南京211106)
阵列信号处理中的接收信号波达方向(Direc⁃tion of arrival,DOA)估计,近年来获得了广泛的关注和迅速的发展[1⁃3],而在水声信号处理中,新型的声矢量传感器也越来越多地被应用到信号参数估计中。声矢量传感器一般由声压传感器和振速传感器组成,相比于传统的信号接收传感器,声矢量传感器可以同时测量空间中某点声场的标量和矢量,即同步共点测量声场中一点处的声压和质点振速若干正交分量,具备较强的抗各向同性噪声干扰的能力[4],这些特点使得声矢量传感器阵列对于信号参数估计具有较大优势。
近年来,学者们已相继提出了许多关于声矢量传 感 器 阵 列DOA 估 计 的 算 法[5⁃11],包 括 多 重 分 类(Multiple signal classification,MUSIC)算法[5⁃6]、借助旋转不变性进行信号参数估计(Estimation of signal parameters via rotational invariance tech⁃nique,ESPRIT)算 法[7⁃8]、传 播 算 子(Propagator method,PM)[9],以及最大似然(Maximum likeli⁃hood,ML)算法[10]等。其中,基于子空间类的方法,如MUSIC 算法和ESPRIT 算法,通常要对接收信号协方差矩阵进行特征值分解,其计算复杂度较高。而PM 算法利用传播算子矩阵获得信号的参数估计,避免了接收信号协方差矩阵分解过程,其复杂度较低,但在低信噪比的情况下,该算法参数估计性能较差。
平行因子(Parallel factor,PARAFAC)模型最早于生理学中提出,用于对多维数据分析[12⁃13],近年来,该技术被成功地运用到了信号处理领域。文献[14]利用平行因子模型中的PARAFAC 分解方法,能够得到声矢量传感器阵列二维DOA 估计。然而传统PARAFAC 算法直接利用随机矩阵进行初始化,如采用高斯随机矩阵初始化,后进行循环迭代更新,直到分解收敛。……
