[發明專利]一種基于DSP的水聽器陣測向系統及其DOA估計方法

有效

• 申請號: 202110996150.2
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113740804B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 王緒虎;白浩東;田雨
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22;G06F17/16;G06F17/18
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本發明公開了一種基于DSP的水聽器陣測向系統及其DOA估計方法。本發明的測向系統由水聽器基陣，前端放大模塊，濾波模塊，多通道數據采集傳輸模塊，數據處理模塊、顯示模塊，控制模塊等部分組成。6個水聽器構成的均勻線型陣列，實現6通道同步采樣傳輸，工作頻段為200Hz至50kHz，處理器為ADSP?21562，可設置運算參數，顯示運算結果。為提升測向系統穩定性和測向精度，本發明設計公開了一種基于貝葉斯學習的穩健、高精度DOA估計信號處理方法，該方法在水聽器基陣陣元間存在未知互耦，且入射信號方向與離散網格存在誤差的情況下，可以穩健的實現入射信號的方位估計，且估計精度優于常規處理方法。

技術領域

本發明涉及的是一種基于DSP的水聽器陣測向系統及其DOA(Direction?ofArrival)估計方法，具體的說一種基于DSP的水聽器陣測向系統利用水聽器陣列接收采集水下目標的輻射信號，并對信號進行處理，估計出目標的方位，通過顯示系統直觀的呈現估計結果和相關參數；基于該系統，本發明提供了一種穩健的基于稀疏貝葉斯學習的DOA估計方法，具體的說是在水聽器陣列的陣元間存在互耦時，且入射方向與離散網格存在誤差情況下的一種基于稀疏貝葉斯學習的穩健高精度DOA估計方法。

背景技術

波達方向估計問題在很多領域受到極大的關注，例如，雷達、聲吶，生物醫學等。在過去幾十年已經提出了許多高分辨的DOA估計算法，例如，多重信號分類算法(MultipleSignal?Classification,MUSIC)、求根MUSIC算法(Root-MUSIC)、旋轉不變子空間算法(Estimating?Signal?Parameters?via?Rotational?Invariance?Techniques,ESPRIT)等，但上述高分辨算法在低信噪比、少快拍數的情況下，估計性能會嚴重下降，甚至失效。

隨著壓縮感知(Compress?Sensing，CS)理論和稀疏重構技術的不斷發展和成熟，許多學者將其與DOA估計聯系起來，使DOA估計技術進入了新的發展階段。相較于傳統的高分辨算法，基于CS和稀疏重構技術的DOA估計方法，在低信噪比、少快拍的情況下表現出良好的估計性能。該種方法大致分為三類：凸優化方法、貪婪方法、稀疏貝葉斯學習方法。D.Malioutov研究了稀疏信號的表示以及DOA估計問題，提出L₁范數奇異值分解(L₁norm-Singular?Value?Decomposition,L₁-SVD)方法，把測向問題轉化為求解L₁范數的問題，但是其優化問題受到模型正則化參數的影響，影響估計的精度。王偉東、張群飛等人提出的基于稀疏信號功率迭代補償的DOA估計算法，該算法基于補償原理，使信號的稀疏表示近似于L₀范數，把DOA估計問題轉化為求解L₀范數問題。相比于L₁-SVD算法，這種方法不需要設置正則化參數，對非相干源具有較高的估計精度。然而，凸優化方法的計算效率限制了其進一步發展。