[實用新型]基于夾角可調雙L陣的水下二維波達方向估計裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820508378.6
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN208000373U
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設計）人: 寧更新;李曉鵬;姜伸接
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01S3/803
• 分類號: G01S3/803
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本實用新型公開了一種基于夾角可調雙L陣的水下二維波達方向估計裝置，所述裝置包括：數(shù)據(jù)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)處理與控制模塊控制發(fā)射模塊發(fā)射指定的信號，控制接收模塊使兩水平線陣的夾角轉至設定值，還能夠對接收模塊傳過來的信號進行處理，計算出二維波達方向角，然后將計算結果傳輸至發(fā)射模塊，電源模塊為數(shù)據(jù)處理與控制模塊、發(fā)射模塊、接收模塊和輸出模塊提供電源。所述裝置在傳統(tǒng)的測量裝置上進行了改進，使用夾角可調節(jié)的雙L陣，可行性強，安裝簡單。

技術領域

本實用新型涉及水下目標定位技術領域，具體涉及一種基于夾角可調雙L陣的水下二維波達方向估計裝置。

背景技術

陣列信號處理領域中的一個關鍵問題就是信號波達方向(Direction ofArrival,DOA)估計，其中水下波達方向估計作為陣列信號處理的一大重要研究領域，廣泛應用于海洋勘測、水下聲吶系統(tǒng)等。原始的DOA估計都是一維DOA估計，即指在單一平面內(nèi)估計目標信號的方位角，這種一維波達方向角的估計存在很大的局限性，在實際水下目標定位中，處于三維空間的目標需要二維方向角度才能準確定位，因此二維波達方向估計是一個極具現(xiàn)實意義的問題。波達方向估計中最經(jīng)典的算法是基于特征分解的子空間算法，主要包括多重信號分類(MUSIC)算法和借助選擇不變性進行信號參數(shù)估計(ESPRIT)算法，目前常用這兩種算法應用于均勻L型陣列、均勻矩形陣列等二維線陣進行二維DOA估計。二維MUSIC算法是一種基于一維DOA估計而提出的漸進無偏的波達方向估計算法，由于二維MUSIC算法要進行二維的譜峰搜索，所以其計算量十分巨大。ESPRIT算法無需進行譜峰搜索從而極大地減小了計算量，因此該算法得到了廣泛的應用，但是將二維ESPRIT算法直接用于二維DOA估計時，會存在角度配對的問題，從而增加了計算量。同時，現(xiàn)有的水下DOA估計算法需要把水下聲速當成一個已知量，而在水下環(huán)境中，聲速跟許多環(huán)境因素有關，是一個不斷變化的參數(shù)，因此用一個固定的聲速參數(shù)進行水下DOA估計會產(chǎn)生較大的誤差。

基于上述傳統(tǒng)信號波達方向估計的裝置所用雙L線陣中兩水平線陣夾角是固定的，無法設置多組角度進行多次測量，測量精度較低，存在過多誤差。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供了一種基于夾角可調雙L陣的水下二維波達方向估計裝置，所述裝置在傳統(tǒng)的測量裝置上進行了改進，使用夾角可調節(jié)的雙L陣，可行性強，安裝簡單。

本實用新型的目的可以通過如下技術方案實現(xiàn)：

一種基于夾角可調雙L陣的水下二維波達方向估計裝置，包括數(shù)據(jù)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)處理與控制模塊控制發(fā)射模塊發(fā)射指定的信號，控制接收模塊使兩水平線陣的夾角轉至設定值，還能夠對接收模塊傳過來的信號進行處理，計算出二維波達方向角，然后將計算結果傳輸至發(fā)射模塊，電源模塊為數(shù)據(jù)處理與控制模塊、發(fā)射模塊、接收模塊和輸出模塊提供電源。

所述數(shù)據(jù)處理與控制模塊由一對A/D、D/A轉換器和一個處理器組成，是整個裝置的核心部分，與其它所有模塊直接相連。

所述發(fā)射模塊由一個阻抗匹配電路和一個超聲波發(fā)射探頭組成，通過數(shù)據(jù)處理與控制模塊中的D/A轉換器與處理器相連，能夠根據(jù)處理器發(fā)出的指令發(fā)射指定的信號。

所述接收模塊由三個超聲波接收探頭陣列和步進電機以及步進電機驅動電路組成，步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機，當步進電機驅動電路收到一個脈沖信號，能夠驅動步進電機按設定的方向轉動固定的角度，稱為步距角，從而通過數(shù)據(jù)處理與控制模塊發(fā)射一定數(shù)量的脈沖信號來達到期望的角度值。

所述輸出模塊由一個USB接口和一個顯示器組成，并與數(shù)據(jù)處理與控制模塊和電源模塊相連，所述輸出模塊能夠提供人機交互，將數(shù)據(jù)處理與控制模塊中處理好的數(shù)據(jù)通過USB接口輸出到外部裝置或者在顯示器上顯示出來。