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一种适用于半互质阵的高精度波达方向估计方法

梁国龙 腾远鑫 王晋晋 付进

梁国龙, 腾远鑫, 王晋晋, 付进. 一种适用于半互质阵的高精度波达方向估计方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT231139
引用本文: 梁国龙, 腾远鑫, 王晋晋, 付进. 一种适用于半互质阵的高精度波达方向估计方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT231139
LIANG Guolong, TENG Yuanxin, WANG Jinjin, FU Jin. A High Precision Direction of Arrival Estimation Method Applied to Semi-coprime Arrays[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT231139
Citation: LIANG Guolong, TENG Yuanxin, WANG Jinjin, FU Jin. A High Precision Direction of Arrival Estimation Method Applied to Semi-coprime Arrays[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT231139

一种适用于半互质阵的高精度波达方向估计方法

doi: 10.11999/JEIT231139
基金项目: 国家自然科学基金(62101153),水声技术重点实验室稳定支持(JCKYS2021604SSJS003)
详细信息
    作者简介:

    梁国龙:男,教授,研究方向为阵列信号处理、水声目标探测与定位、水声通信技术

    腾远鑫:女,博士生,研究方向为研究方向为:阵列信号处理、水声信号检测与估计技术、水声通信信号侦察技术

    王晋晋:男,副教授,研究方向为阵列信号处理、水声信号处理、水下目标被动探测

    付进:女,教授,研究方向为阵列信号处理、水下目标定位与导航、水声目标探测与定位

    通讯作者:

    王晋晋, wangjinjin@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TN911.7

A High Precision Direction of Arrival Estimation Method Applied to Semi-coprime Arrays

Funds: The National Natural Science Foundation of China (62101153), Stable Supporting Fund of Acoustic Science and Technology Laboratory (JCKYS2021604SSJS003)
  • 摘要: 在半互质阵列(SCA)下,经典波达方向估计(DoA)算法在面对邻近相干信源时估计性能退化。为了解决该问题,该文提出一种适用于半互质阵列的高精度波达方向估计方法。首先,将半互质阵划分为3个均匀线阵并利用常规波束形成算法对子阵1、子阵2和子阵3的阵列输出信号进行处理;然后,对子阵3的输出信号进行加权后与子阵1,2的输出信号加和构建和波束,利用子阵1与子阵2的输出信号做差构建差波束;最后,将上述和差波束做差得到最终输出信号,计算最终信号的功率得到方位谱。该方法基于半互质阵列特点构建和差波束,充分利用了3个子阵的重叠阵元实现估计精度的提高。通过仿真和湖上实测数据验证表明,该方法可以适用于半互质阵列实现波达方向估计,并且在面对邻近相干信源时其波达方向估计性能优于最小方差无失真估计算法(MVDR)和最小处理算法(MP)。
  • 图  1  半互质阵列结构及其3个子阵示意图

    图  2  SCA和波束与SCA差波束

    图  3  SCA-SDBF的方位谱与CBF的方位谱

    图  4  SCA-SDBF方位谱与CBF方位谱

    图  5  SCA-SDBF方位谱与CBF方位谱

    图  6  SCA-SDBF方位谱与CBF方位谱

    图  7  SCA-SDBF方位谱与CBF方位谱

    图  8  SCA-SDBF与3个子阵的CBF方位谱

    图  9  48元均匀线阵的CBF与SCA-SDBF方位谱对比

    图  10  SCA-SDBF实现DoA估计流程图

    图  11  4种算法的方位谱估计结果

    图  12  DoA估计精度随信噪比变化情况

    图  13  DoA估计精度随快拍数变化情况

    图  14  4种算法的方位谱估计结果

    图  15  DoA估计精度随信噪比变化情况

    图  16  正确估计概率随信噪比变化情况

    图  17  DoA估计精度随快拍数变化情况

    图  18  正确估计概率随快拍数变化情况

    图  19  声速剖面图

    图  20  实验态势图

    图  21  四种算法的角度切片

    图  22  MP估计误差

    图  23  MVDR估计误差

    图  24  CBF估计误差

    图  25  SCA-SDBF估计误差

    表  1  4种算法正确估计概率及正确估计时的均方根误差

    估计算法正确估计概率(%)估计误差(°)
    MP88.90.508 5
    MVDR81.60.568 3
    CBF99.60.527 8
    SCA-SDBF99.10.352 4
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-18
  • 修回日期:  2024-01-24
  • 网络出版日期:  2024-01-31

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