Page 118 - 《应用声学》2024年第1期

114 2024 年 1 月

MVDR角度谱算法的主瓣宽度较宽，且抑制旁瓣效 不同方位的DOA估计性能如表 1 所示。由表 1
果较差 (图 1(a))；MUSIC 算法相较传统 MVDR 角 可以看出，在条件相同的环境下，本文算法、传统
度谱算法略有优化 (图 1(b))；本文算法成像结果的 MVDR 角度谱算法和 MUSIC 算法都能进行有效
主瓣宽度变窄，旁瓣的能量幅值降低 (图1(c))，仿真 的 DOA 估计，但本文算法与预设结果偏差较小，改
结果显示本文方法对噪声的鲁棒性更强，削弱了由 进后的 MVDR 角度谱算法的 DOA 估计精度得到
混响造成的旁瓣，抑制了低频噪声信号的能量积累， 了很大的提高。方向角的平均定位误差约为 0.60 ，
◦
增加了泄漏声源的时频域权重，表明定位算法的抗 俯仰角的平均定位误差约为0.62 ，相较于其他两种
◦
干扰能力得到进一步提升。 算法，本文算法在相同条件下的稳定性明显提高。

180 180 180
160 160 160
140 140 140
ο̈́ᝈ/(O) 100 ο̈́ᝈ/(O) 100 ο̈́ᝈ/(O) 100
120
120
120
80
80
80
60 60 60
40 40 40
20 20 20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
வͯᝈ/(O) வͯᝈ/(O) வͯᝈ/(O)
(a) ͜ፒMVDRᝈए៨ካข (b) MUSICካข (c) వ஡ካข
图 1 泄漏源定位仿真结果
Fig. 1 Leak source location simulation results

表 1 不同方位的泄漏源定位仿真性能
Table 1 Simulation performance of leak source location in different directions

传统 MVDR 传统 MVDR
MUSIC 算法 MUSIC 算法 本文算法 本文算法
入射角度/( ) 角度谱算法 角度谱算法
◦
定位结果/( ) 定位误差/( ) 定位结果/( ) 定位误差/( )
◦
◦
◦
◦
定位结果/( ) 定位误差/( )
◦
◦
(78.00,27.61) (76.49,26.51) (1.51,1.1) (79.18,28.55) (1.18,0.94) (77.65,26.83) (0.35,0.78)
(115.20,65.13) (116.52,63.91) (1.32,1.22) (116.04,65.56) (0.84,0.43) (115.67,66.13) (0.47,1.00)
(30.32,103.25) (30.64,104.46) (0.32,1.21) (31.70,102.50) (1.38,0.75) (31.34,103.61) (1.02,0.36)
(23.58,57.42) (24.04,57.11) (0.46,0.31) (23.70,58.37) (0.12,0.95) (23.21,58.00) (0.37,0.58)
(146.67,32.25) (147.88,31.26) (1.21,0.99) (145.50,31.17) (1.17,1.08) (147.50,33.34) (0.83,1.09)
(101.98,58.43) (102.79,59.85) (0.81,1.42) (102.92,59.16) (0.94,0.73) (101.59,58.18) (0.39,0.25)
(71.90,113.91) (70.55,114.58) (1.35,0.67) (72.54,112.90) (0.64,1.01) (72.68,113.43) (0.78,0.48)

3.2 算法定位性能分析 别进行多次实验。图2 给出了不同算法的 RMSE 随

为进一步验证本文算法性能优势，保证其他 SNR变化的曲线图。
参数不变，比较在不同 SNR 和采样点数情况下 3 种 根据图 2 结果可知，在不同 SNR 环境下，传统
算法的定位性能。为评价算法性能，本文选择均方 MVDR 角度谱算法、MUSIC 算法和本文算法均能
根误差(Root mean square error, RMSE)作为评价 进行泄漏源定位，但本文方法的 RMSE 均优于传
标准。 统 MVDR 角度谱算法与 MUSIC 算法，尤其在中低
SNR 环境中，本文算法的定位 RMSE 相较于其他
3.2.1 SNR对算法性能影响 算法提升明显，说明该算法在低 SNR 环境中的适
将声学泄漏信号的采样点数设置为 1024次，使 应性较强，定位效果得到明显改善，符合算法设计
SNR 从 0 ∼ 20 dB 以间隔 5 dB 变化，对 3 种算法分 初衷。