非理想条件下基于矢量水听器阵列的一种快速方位估计算法

王 彪 陈 宇* 徐千驰 高世杰 张 岑

①(江苏科技大学 镇江 212002)

②(南京中海达海洋信息技术有限公司 南京 211800)

1 引言

矢量水听器可以空间共点同步拾取声场的声压和振速信息，获得比标量水听器更好的水下探测性能而成为声呐技术的一个新的发展方向[1]。在矢量阵列信号处理领域，目前以多重信号分类[2](MUltiple SIgnal Classificaion, MUSIC)为代表的子空间类方位估计算法在高信噪比条件下可以获得较高的估计性能，但是由于矢量水听器声压通道与振速通道接收噪声功率不一致的问题[3]，随着信噪比的降低，划分的噪声子空间与信号子空间不再满足正交关系，算法性能急剧下降，此外，MUSIC算法需要大量的快拍采样保证自相关矩阵的准确度，同时子空间的划分需要先验信源数的信息。而随着人类海洋活动的加剧，海洋噪声水平上升，以及随着科技的发展，潜艇及水面舰艇制造工艺的提升，潜艇及水面舰艇的噪声级越来越小，如何在低信噪比，少快拍的条件下进行快速的方位估计是声呐阵列信号处理中急需解决的问题，为了解决该问题，信号稀疏分解重构理论被运用到阵列方位估计问题上[4–6]，将稀疏分解理论运用于矢量水听器阵列方位估计有以下两个方面的优势：一是基于空间稀疏的矢量水听器阵列方位估计算法不需要构建自相关矩阵，可以避免通道功率不一致与快拍数不足带来的性能下降的问题，同时可实现单快拍方位估计；二是相较于传统标量水听器均匀线阵，矢量水听器阵列不存在左右舷模糊问题，所以可以实现全空间无模糊方位定位，即在同等来波数下，矢量水听器阵列方位估计稀疏表示模型是更加稀疏的，提高了稀疏信号重构的成功率。……