一种嵌合互质阵列的离网水声信号方位估计方法

作     者：邢传玺 谈光枝 冉艳玲 卢茂 孟强 

作者机构：云南民族大学电气信息工程学院 云南省无人自主系统重点实验室 

出 版 物：《电讯技术》 (Telecommunication Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：082403[工学-水声工程] 08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(61761048) 云南省基础研究专项面上项目(20210AT070132) 

主　　题：DOA估计 内插阵元 互质阵列 子空间信号重构 离格稀疏贝叶斯 

摘      要：针对水听器互质阵列存在无法有效利用全部阵元信息和海洋噪声影响下传统算法波达方向（Direction-of-Arrival，DOA）估计性能下降的问题，提出了一种结合互质阵列内插值及信号子空间拟合的离格稀疏贝叶斯水声信号方位估计方法。首先，采用互质阵列接收水声信号，通过虚拟阵元内插对虚拟域中缺失孔洞进行填充，通过最小化原子范数的设计和内插虚拟阵列协方差矩阵的重建，将阵列接收信号全部信息用于DOA估计。其次，通过重建后的协方差信号子空间对接收信号进行重构，有效降低了背景噪声干扰。最后利用空域稀疏性，推导出重构信号的离格稀疏表示模型，采用贝叶斯学习求解出信源信号的最大后验概率，实现了目标方位估计。仿真表明，利用7阵元可以有效估计12个信源角度，在信噪比为-20dB时，所提算法相较于互质内插值阵列下的ROOTMUSIC（ROOT Modified Multiple Signal Classification，ROOTMUSIC）算法估计性能提高了46.89%。在快拍数为256时所提算法相较于互质内插值阵列下的ROOTMUSIC算法估计性能提高了22.12%。研究结果表明，所提方法能够有效利用虚拟阵列所提供的自由度，可有效去除噪声干扰，在定位精度、算法鲁棒性上均有更优的性能。