基于MUSIC算法的矢量水听器阵源方位估计

矢量水听器阵的每个阵元同时测量声场中的声压量和质点振速的3个正交分量,相对于声压水听器阵来说,矢量阵获取声场中更多的信息.利用矢量阵所获得的速度场的信息可去除目标方位估计中的180°模糊.多重信号分类(MUSIC)算法是通过对数据协方差矩阵进行本征分解获得信号空间谱估计的方法.本文采用矢量水听器均匀线阵研究了利用MUSIC算法对声源进行方位估计,以提高对源方位的估计精度.仿真结果表明,在SNR=10dB的条件下,相对于常规波束形成器输出,MUSIC空间谱的主波束宽度锐化了30°左右,旁瓣降低了16dB左右,利用MUSIC算法可提高对源的定向精度及对多目标的分辨能力.     

矢量水听器扩展孔径线阵方位估计技术

矢量水听器由声压水听器和质点振速水听器复合而成,可以同时测量声场中的声压和质点振速的正交分量,将矢量水听器布成阵列对目标方位进行估计.在不增加阵元个数的情况下,可以把阵布成稀疏阵来增加阵孔径,提高对目标方位的估计精度.按照耐奎斯特空间采样定理,阵元间距超过半波长将会带来方位估计的周期性模糊.该研究利用扩展孔径矢量线阵对目标进行方位估计,以及研究如何去掉方位估计中的周期性模糊,最终获得目标方位的高精度无模糊估计.研究结果表明,在相同的信噪比条件下,利用扩展孔径矢量线阵可获得比具有相同输出路数的声压阵更好的方位估计性能.     

多基阵声测被动定位及定位精度分析

提出了一种多阵声测被动定位方法并给出了其性能分析。该方法采用单个阵估计声源方位和阵与阵间相应传声器时延的方法进行声源定位，充分利用多阵之间信号的相干特性；研究了在不同的阵间信号相干系数下的声源定位及定位精度的克拉美-罗下界。仿真表明：利用阵间相干信息的定位方法，其定位精度明显优于不利用阵间相干信息的方法；既使相干系数很小，也可明显地改善定位精度。     

多子阵信号相位匹配原理的信号最小二乘解

提出了利用多元阵信号相位匹配原理的信号方向估计及信号估计的最小二乘法的求解方法，该方法不仅可减小接收通道的相幅度一致性对信号估计的影响，同时也可以消除利用三元阵或四元阵的信号相位匹配原理时产生的估计信号奇异值。利用真实舰船噪声的线谱可实现高精度目标定向，然后根据确定方向实现目标宽带信号估计。仿真结果表明，多子阵的信号相位匹配法的噪声抑制性能明显优于阵元域的噪声抑制性能。     

基于L阵的低计算复杂度二维波达方向估计

针对L阵的二维波达方向估计问题,提出了一种低计算复杂度、高精度的二维波达方向估计算法.首先利用L阵子阵互相关矩阵和均匀线阵导向矢量的共轭交换性质扩展阵列孔径,并构造新的阵列接收数据;然后利用旋转不变子空间算法得到二维角度估计;最后将子阵互相关矩阵对角元素Toeplitz化,在不损失阵列孔径的情况下重构出类阵列自相关矩阵,利用Nystöm方法得到信号子空间估计,进而通过少量角度搜索得到正确的二维角度配对.该算法无须大量角度搜索,具有角度估计精度高、运算量小、所需快拍数少的优点.理论分析和仿真实验结果证明了算法的正确性和有效性.     

分布式声源定位算法实现

为了提高声源目标在三维定位中的精度,建立声源定位三维仿真模型,通过测量声源到各传感器之间的到达时间差,计算出声源到达各传感器的距离差.以泰勒级数展开算法为核心,估计出声源的三维坐标,通过Matlab对均方根误差、声源坐标的估计进行仿真,通过VC＋＋与Matlab进行混合编程实现声源定位仿真系统,实现传感器坐标的串口的实时采集.仿真结果表明所提出的算法具有较高的定位精度,估计位置与声源实际位置偏差不超过3 m.     

利用最小冗余对称阵列的近场源定位算法

在阵元数目有限的情况下,针对近场源定位中的阵列孔径和阵元数损失问题,文中突破阵元间距为1/4波长的限制,提出了基于最小冗余对称阵列的协方差矩阵重构算法．该算法构建只与方位角有关的四阶累积量矩阵,通过多重信号分类算法来估计信号方位角;然后根据估计出的信号角度在距离维上进行搜索,估计出距离参数．该算法扩展了阵列的孔径,提高了阵列的自由度．仿真结果表明,该算法可以估计更多的信源数目,拥有较高的估计性能和空间分辨率,且只需进行一维搜索,避免了二维参数配对．     

双平行线列阵的方位估计及声探测盲区分析

基于信号相位匹配原理,给出了利用由双平行线列阵组成的平面阵进行声源方位估计的奇异值分解算法(Singular Value Decomposition for Signal Phase Matching,SVDSPM), 推导了空间谱搜索所需的时延计算公式;分析了双线阵间距对不同频率方位估计精度的影响, 从而确定了双线阵的间距;分析了声源频率对方位估计精度的影响;给出了给定频率时方位估 计精度与信噪比的关系并与MUSIC算法获得的结果进行了比较;给出了利用平面阵进行低空目 标的声探测时存在的声探测盲区的描述方法,并分析了声源的频率、目标初始俯仰角、阵元 数、阵型对声探测盲区的影响.仿真结果表明:(1)在低信噪比时SVDSPM算法的方位估计性能 优于MUSIC算法;(2)声探测盲区的范围与声源的频率和目标初始俯仰角有关,而与阵元数、 阵型无关.声探测盲区的分析和研究为立体阵的设计和方位估计提供了依据.     

基于KR积的稀疏重构近场源定位

针对声源数多于阵元数的近场信源定位问题,该文提出一种基于Khatri-Rao（KR）积的稀疏重构近场源定位方法。该方法首先假设信号是准平稳的,然后通过KR积得到虚拟阵列结构,增加了阵列的自由度;接着在虚拟阵列结构下对虚拟信号进行稀疏表示,最后通过l₁范数约束得到声源的空间谱估计。仿真表明,此稀疏重构定位方法可以实现信源定位的欠定估计,且性能优于基于KR积的子空间方法。     

基于Radon变换的浅海宽带脉冲声源定位

为了提高声纳在浅海的工作性能，在分析实验数据的基础上提出了新的多路径定位方法.将已知信
号与每个通道的接收信号进行相关，获得相关系数矩阵，对由相关系数矩阵构成的图像进行Radon变换，
以时间分辨力补偿空间分辨力，提取声场的多路径参数，估计声线到达角和到达时延差，结合声线反传技
术，实现宽带脉冲声源定位.在修正阵型估计误差后，进一步提高算法的定位精度.实验结果表明，该方法
能有效地对浅海脉冲声源进行定位，不受空间采样率或路径数必须小于阵元数的限制，具有较好的宽容性
.算法计算量小，易于工程实现.