基于阵列信号实现目标定位与探测开题报告

1. 研究目的与意义

确定一个目标在空间中的位置是一项具有广阔应用前景的研究，可以广泛应用于社会生产、生活化工等等的各个方面。声源定位是目标定位的一种，产生于第一次世界大战中，根据火炮发出的声音测定火炮位置。在生产车间，对机械故障进行准确定位等等。与传统的单个定向传感器采集的目标信号相比，阵列可以采集多路信号，这些信号在时间和空间上存在着某些差异和相关性，通过多路信号的数据融合技术，可以提取出所需要的信息；另外阵列的空间选择特性能使阵列所形成的波束对准目标，抑制其他干扰和噪声。通过对阵列接收的多路信号进行联合的空时处理，不仅可以有效抑制噪声、混响等干扰，还能实现自动探测和定位。

2. 国内外研究现状分析

传统的单传感器只需要一路语音信号，算法简单。为了处理多路语音信号，人们提出了阵列信号的处理方法。目前阵列信号已经广泛应用于各个领域：语音增强，语音识别，语音分离，视频会议等等。目标定位与探测是基于阵列信号处理的重要方面，对提供准确的位置信息具有非常重要的积极意义。目前，人们普遍运用三类算法研究目标定位与探测，分别是基于高分辨率谱估计的定位算法、基于时延估计的定位算法、基于可控波束形成的定位算法。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：本课题通过分析阵列信号间的差异特性，采用阵列信号处理中的波束形成方法计算空间功率谱；检测空间功率谱的峰值，实现目标定位与探测。主要内容包括：（1）阵列信号的采集和预处理，包括分帧、加窗、端点检测等。（2）采用傅里叶变换将阵列信号时域转换至频域。（3）采用阵列波束形成方法计算空间功率谱。（4）根据空间功率谱对目标进行探测与定位。（5）在不同目标、不同条件下进行多组仿真实验，并根据性能指标评价实验结果，对结果进行分析。

研究计划：详细了解毕业设计项目的技术背景及国内外相关研究的最新发展趋势，并针对毕业设计的特点总结项目的重点、难点及创新点。时间约2-4周。通过学习与本毕业设计相关的信号处理分析知识，比如分帧、窗函数等等，并初步掌握分析方法，比如傅里叶变换、matlab语言等等。时间约1-2周。设计合理的论文构架，运用较优的算法，完成基本的数据采集和预处理；选定最优的阵列信号数据分析方法准确实现目标探测与定位，完成数据的运算，各部分测试和验证；在计算过程中，提取并保存各阶段的数据及文档；时间约4-8周。撰写毕业设计论文：要求结构严谨，条理清晰，逻辑性强，书写格式规范，按要求提供电子及纸质文件，并制作答辩相关材料；时间约2-4周。

4. 研究创新点

基于阵列的处理是信号处理中的一个重要的研究方向，相比单传感器采集的目标信号，阵列信号在时空上具有抗干扰性强，分辨率高等诸多优点。机械故障诊断是高级工人在工厂生产中必须定时进行的工作内容。利用阵列信号实现机械故障的精确定位是一个研究热点。目前，人们普遍运用三类算法研究目标定位与探测，分别是基于高分辨率谱估计的定位算法、基于时延估计的定位算法、基于可控波束形成的定位算法。本文通过对三大类方法优缺点的对比，最终决定将计算可控响应功率的算法引入到阵列信号处理中，从而实现目标的探测与定位。