[發(fā)明專利]一種用于二維波達方向估計的聲速測量方法及裝置

有效

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• 申請日: 2016-10-13
• 公開（公告）號: CN106500820B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 寧更新;王波文;寧秋燕;楊萃;張軍;馮義志;季飛
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01H5/00
• 分類號: G01H5/00;G01S3/782
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發(fā)明公開了一種用于二維波達方向估計的聲速測量方法及裝置。測量方法包括如下步驟：確定水平均勻線陣和豎直均勻線陣的接收信號模型；計算水平均勻線陣和豎直均勻線陣的旋轉(zhuǎn)算子；建立聲波在正交均勻線陣上兩個方向角之間的關系；根據(jù)兩方向角之間的關系求出探測路徑上聲速的大小。裝置包括數(shù)據(jù)采集處理與控制模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、輸出模塊和電源模塊；數(shù)據(jù)采集處理與控制模塊由一個處理器、一個D/A轉(zhuǎn)換器和一個A/D轉(zhuǎn)換器組成，并且與發(fā)射模塊、接收模塊、輸出模塊和電源模塊相連；本發(fā)明的一種用于二維DOA估計的聲速測量方法，實現(xiàn)對二維DOA估計中的探測路徑聲速大小進行精確的測量，本發(fā)明裝置可行性強，安裝簡單。

技術領域

本發(fā)明涉及聲速測量的技術領域，尤其是指一種用于二維波達方向估計的聲速測量方法及裝置。

背景技術

空間信號的波達方向(簡稱：DOA)估計是陣列信號處理領域的一項重要技術，它利用陣列對空間信號進行接收和處理，提取有用的信號特征或信息，以此來估計信號的入射角，并常常用于水下目標定位中。二維DOA估計可以對目標的方向角和距離進行估計，但最終的估計結(jié)果受探測路徑上的聲速大小影響很大，如果探測路徑聲速測量得不精準，就會對二維DOA估計的結(jié)果產(chǎn)生影響。而在進行水下目標定位時，二維DOA估計通常是利用一片海水區(qū)域內(nèi)的聲速來代替每條探測路徑上的聲速，但是海水環(huán)境復雜，且受水流因素影響較大，每一條探測路徑上的聲速其實是不一樣的，即二維DOA估計中對探測路徑聲速的確定是不準確的，這將導致二維DOA估計的估計誤差較大。因此精準的水下探測路徑聲速測量對二維DOA估計至關重要。

目前，海水聲速測量方法主要分為兩種：一種是直接法，另外一種是間接法。直接法是用水聲設備直接在海洋現(xiàn)場測量海水聲速，它可分為時差法、共振聲譜法、駐波干涉法與相位比較法等方法。而間接法則是根據(jù)海水中的深度、溫度和鹽度三個主要影響海水聲速大小的因素，經(jīng)過成百上千次的分析和實踐，提出一種經(jīng)驗公式，利用此經(jīng)驗公式來測量海水聲速。根據(jù)經(jīng)驗公式的不同，間接法可分為Del Grosso聲速算法、Wilson聲速算法和Chen-Millero-Li聲速算法三種聲速算法。直接法和間接法雖然原理簡單且操作較方便，但它們都需要在目標位置已知的情況下才能對某一條探測路徑上的聲速進行測量，而在二維DOA估計中，目標位置都未知的且是用來估計的；同時，間接法測量的是一個聲速分布較均勻的海水環(huán)境中的聲速，它測量的并不是某一條路徑上的聲速，即點對點聲速，因此直接法和間接法對二維DOA估計的水下探測路徑聲速大小的測量并不具有實用性。

為了克服在利用直接法和間接法測量二維DOA估計的聲速過程中存在的局限性，本專利使用兩個相互正交的均勻陣列作為接收陣列，利用從目標反射回來的聲波在兩個陣列中形成的方向角間的關系，得到二維DOA估計中探測路徑聲速與兩個旋轉(zhuǎn)算子之間的關系式，然后再計算出聲速的大小，實現(xiàn)了在二維DOA估計中對水下探測路徑聲速的精準測量。因此，本專利方法對二維DOA估計中的聲速測量更具有實用性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有方法存在的各種不足，提供一種用于二維DOA估計的聲速測量方法，實現(xiàn)對二維DOA估計中的探測路徑聲速大小進行精確的測量。

另外，本發(fā)明另一目的在于提供一種用于二維DOA估計的聲速測量裝置。

本發(fā)明方法的原理是基于從目標反射回來的聲波在兩個正交的均勻線陣上形成的方向角相加或相減等于的關系，得出兩個均勻線陣上的旋轉(zhuǎn)算子與二維DOA估計中的探測路徑聲速間的關系式，最后通過計算兩均勻線陣上的旋轉(zhuǎn)算子來求得最終探測路徑聲速大小的。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明至少通過以下技術方案實現(xiàn)。

一種用于二維波達方向估計的聲速測量方法，其包括如下步驟：

步驟一：確定水平均勻線陣和豎直均勻線陣的接收信號模型；

步驟二：計算水平均勻線陣和豎直均勻線陣的旋轉(zhuǎn)算子；