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内孤立波环境下稳健降阶自适应匹配场定位方法研究

李杰美慧 史阳 杨益新 黄晓冬

李杰美慧, 史阳, 杨益新, 黄晓冬. 内孤立波环境下稳健降阶自适应匹配场定位方法研究[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(6): 1897-1905. doi: 10.11999/JEIT211333
引用本文: 李杰美慧, 史阳, 杨益新, 黄晓冬. 内孤立波环境下稳健降阶自适应匹配场定位方法研究[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(6): 1897-1905. doi: 10.11999/JEIT211333
LI Jiemeihui, SHI Yang, YANG Yixin, HUANG Xiaodong. Robust Adaptive Matched Field Processing of Rank Reduction for Source Localization under Internal Solitary Waves[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(6): 1897-1905. doi: 10.11999/JEIT211333
Citation: LI Jiemeihui, SHI Yang, YANG Yixin, HUANG Xiaodong. Robust Adaptive Matched Field Processing of Rank Reduction for Source Localization under Internal Solitary Waves[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(6): 1897-1905. doi: 10.11999/JEIT211333

内孤立波环境下稳健降阶自适应匹配场定位方法研究

doi: 10.11999/JEIT211333
基金项目: 国家自然科学基金(41906160, 11974286, 12174312)
详细信息
    作者简介:

    李杰美慧:女,1994年生,博士生,研究方向为内波环境下稳健的阵列信号处理

    史阳:男,1986年生,副教授,研究方向为水声信息处理、动态海洋声学

    杨益新:男,1975年生,教授,研究方向为水声阵列信号处理及其应用

    黄晓冬:男,1987年生,副教授,研究方向为内波观测、理论分析与预测保障

    通讯作者:

    史阳 shiyang@nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: TN929.3; TB566

Robust Adaptive Matched Field Processing of Rank Reduction for Source Localization under Internal Solitary Waves

Funds: The National Natural Science Foundation of China (41906160, 11974286, 12174312)
  • 摘要: 海洋内孤立波的存在会引起海水混合,温盐结构改变,从而导致声速在时间和空间上的不均匀分布,而在匹配场定位中则表现为声速失配,定位不准确。该文提出一种内孤立波下稳健的降阶自适应匹配场定位方法(RR-AMFP)。在传统自适应匹配场定位算法的基础上,融合了主分量抑制波束形成方法,通过特征分解对拷贝协方差矩阵进行降阶,抑制噪声空间,同时采用抑制系数和权重因子来计算匹配过程中的权向量,监测失配的拷贝向量。因此该算法可以在内孤立波环境下保持更好的稳健性,而且阶数的降低也缩短了计算时间。仿真结果表明:该算法可以实现单个内孤立波下的准确定位,但大振幅的内孤立波波列仍然会造成较大的定位误差。在南海开展了内孤立波环境下的声源定位实验,估计距离误差为3.7%,深度误差为1.6%,验证了该算法在实际海洋内孤立波环境下的有效性。
  • 图  1  无内孤立波和有内孤立波时的声速场(南海实测数据)

    图  2  算法整体框图

    图  3  实验整体布置

    图  4  3种处理器的模糊表面(无内孤立波)

    图  5  3种处理器的模糊表面(有内孤立波)

    图  6  不同振幅单个内孤立波和波列的声速场

    图  7  不同振幅单个内孤立波和波列下RR-AMFP定位模糊表面

    图  8  实验中水听器接收信号(深度为125 m)

    图  9  3种处理器实验定位模糊表面

  • [1] BAGGEROER A B, KUPERMAN W A, and MIKHALEVSKY P N. An overview of matched field methods in ocean acoustics[J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1993, 18(4): 401–424. doi: 10.1109/48.262292
    [2] BUCKER H P. Use of calculated sound fields and matched-field detection to locate sound sources in shallow water[J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 1976, 59(2): 368–373. doi: 10.1121/1.380872
    [3] BAGGEROER A B, KUPERMAN W A, and SCHMIDT H. Matched field processing: Source localization in correlated noise as an optimum parameter estimation problem[J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 1988, 83(2): 571–587. doi: 10.1121/1.396151
    [4] 李焜, 方世良, 安良. 非合作水声脉冲信号的单水听器匹配场定位研究[J]. 电子与信息学报, 2012, 34(11): 2541–2547. doi: 10.3724/SP.J.1146.2012.00547

    LI Kun, FANG Shiliang, and AN Liang. Matched field localization for non-cooperative underwater acoustic pulse signals using a single hydrophone[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2012, 34(11): 2541–2547. doi: 10.3724/SP.J.1146.2012.00547
    [5] ZHU Guolei, WANG Yingmin, and WANG Qi. Matched field processing based on Bayesian estimation[J]. Sensors, 2020, 20(5): 1374. doi: 10.3390/s20051374
    [6] 魏尚飞, 韩东, 张海勇, 等. 基于矩阵特征分解的水下声源匹配场定位[J]. 舰船科学技术, 2021, 43(19): 141–148. doi: 10.3404/j.issn.1672-7649.2021.10.029

    WEI Shangfei, HAN Dong, ZHANG Haiyong, et al. Underwater sound source location with matched field processing based on matrix Eigen decomposition[J]. Ship Science and Technology, 2021, 43(19): 141–148. doi: 10.3404/j.issn.1672-7649.2021.10.029
    [7] 杨坤德, 段睿, 李辉, 等. 水下声源定位理论与技术[M]. 北京: 电子工业出版社, 2019: 65–144.

    YANG Kunde, DUAN Rui, LI Hui, et al. Theory and Technology of Underwater Source Localization[M]. Beijing: Electronics Industry Press, 2019: 65–144.
    [8] SHMELEV A, LIN Y T, and LYNCH J. Low-frequency acoustic propagation through crossing internal waves in shallow water[J]. Journal of Theoretical and Computational Acoustics, 2020, 28(3): 1950013. doi: 10.1142/S2591728519500130
    [9] 杨坤德. 水声信号的匹配场处理技术研究[D]. [博士论文], 西北工业大学, 2003.

    YANG Kunde. A study on matched field processing of underwater acoustic signals[D]. [Ph. D. dissertation], Northwestern Polytechnical University, 2003.
    [10] APEL J R, OSTROVSKY L A, STEPANYANTS Y A, et al. Internal solitons in the ocean and their effect on underwater sound[J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 2007, 121(2): 695–722. doi: 10.1121/1.2395914
    [11] 李整林, 杨益新, 秦继兴, 等. 深海声学与探测技术[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2020: 15–37.

    LI Zhenglin, YANG Yixin, QIN Jixing, et al. Acoustics and Detection Technology in the Deep Sea[M]. Shanghai: Shanghai Science and Technology Press, 2020: 15–37.
    [12] 马树青. 浅海孤立子内波对声传播的影响[D]. [博士论文], 哈尔滨工程大学, 2011.

    MA Shuqing. Influence of shallow water internal solitary waves on sound propagation[D]. [Ph. D. dissertation], Harbin Engineering University, 2011.
    [13] 祝捍皓, 肖瑞, 朱军, 等. 三维浅海环境下孤立子内波对低频声能流的传播影响[J]. 声学学报, 2021, 46(3): 365–374. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2021.03.005

    ZHU Hanhao, XIAO Rui, ZHU Jun, et al. Influence of internal solitary waves on sound propagation in three-dimensional shallow sea[J]. Acta Acustica, 2021, 46(3): 365–374. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2021.03.005
    [14] DAUGHERTY J R and LYNCH J F. Surface wave, internal wave, and source motion effects on matched field processing in a shallow water waveguide[J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 1990, 87(6): 2503–2526. doi: 10.1121/1.399098
    [15] 李整林. 浅海中内波、波浪起伏和海底粗糙对匹配场定位的影响[D]. [博士论文], 中国科学院声学研究所, 2002.

    LI Zhenglin. The effects of internal waves, surface fluctuation and bottom roughness on matched field source localization in shallow water[D]. [Ph. D. dissertation], The Institute of Acoustics of the Chinese Academy of Sciences, 2002.
    [16] 吴开明. 南中国海北部内波环境下匹配场定位研究[D]. [博士论文], 中国科学院研究生院, 2009.

    WU Kaiming. Matched field position study in the internal wave environment in the north of South China Sea[D]. [Ph. D. dissertation], The Institute of Acoustics of the Chinese Academy of Sciences, 2009.
    [17] 李永飞, 赵航芳. 内波环境下的时频匹配场定位方法[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2020, 41(10): 1605–1610. doi: 10.11990/jheu.202007081

    LI Yongfei and ZHAO Hangfang. A time-frequency matched field location method in the presence of internal waves[J]. Journal of Harbin Engineering University, 2020, 41(10): 1605–1610. doi: 10.11990/jheu.202007081
    [18] ABRAHAM D A and OWSLEY N L. Beamforming with dominant mode rejection[C]. Conference Proceedings on Engineering in the Ocean Environment, Washington, USA, 1990: 470–475.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-25
  • 修回日期:  2022-05-19
  • 网络出版日期:  2022-05-24
  • 刊出日期:  2022-06-21

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