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基于Khatri-Rao積的三維前視聲吶空間方位估計技術

周天 沈嘉俊 杜偉東 周曹韻 宋金陽 陳寶偉 李海森

周天, 沈嘉俊, 杜偉東, 周曹韻, 宋金陽, 陳寶偉, 李海森. 基于Khatri-Rao積的三維前視聲吶空間方位估計技術[J]. 電子與信息學報, 2021, 43(3): 857-864. doi: 10.11999/JEIT200657
引用本文: 周天, 沈嘉俊, 杜偉東, 周曹韻, 宋金陽, 陳寶偉, 李海森. 基于Khatri-Rao積的三維前視聲吶空間方位估計技術[J]. 電子與信息學報, 2021, 43(3): 857-864. doi: 10.11999/JEIT200657
Tian ZHOU, Jiajun SHEN, Weidong DU, Caoyun ZHOU, Jinyang SONG, Baowei CHEN, Haisen LI. DOA Estimation Technology Based on Khatri-Rao Product for 3D Forward-looking Sonar[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(3): 857-864. doi: 10.11999/JEIT200657
Citation: Tian ZHOU, Jiajun SHEN, Weidong DU, Caoyun ZHOU, Jinyang SONG, Baowei CHEN, Haisen LI. DOA Estimation Technology Based on Khatri-Rao Product for 3D Forward-looking Sonar[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(3): 857-864. doi: 10.11999/JEIT200657

基于Khatri-Rao積的三維前視聲吶空間方位估計技術

doi: 10.11999/JEIT200657
基金項目: 后勤科研重點項目(BY119C008),國家自然科學基金(U1709203, 41976176, U1906218),中央高?;緲I(yè)務費(3072020CFT0501),黑龍江省博士后科研發(fā)展基金(LBH-Q18042),黑龍江省自然科學基金(ZD2020D001)
詳細信息
    作者簡介:

    周天:男,1980年生,教授,研究方向為水聲信號處理、水聲目標探測

    沈嘉?。耗?,1993年生,博士生,研究方向為水聲陣列信號處理

    杜偉東:男,1984年生,講師,研究方向為水聲信號處理

    通訊作者:

    杜偉東 duweidong@hrbeu.edu.cn

  • 中圖分類號: TB566

DOA Estimation Technology Based on Khatri-Rao Product for 3D Forward-looking Sonar

Funds: The Logistics Study Program(BY119C008), The National Natural Science Foundation of China (U1709203, 41976176, U1906218), The Fundamental Research Funds for the Central Universities(3072020CFT0501), The Postdoctoral Scientific Research Developmental Fund of Heilongjiang(LBH-Q18042), The Natural Science Foundation of Heilongjiang Province(ZD2020D001)
  • 摘要: 為了提高3維前視聲吶的方位分辨能力,同時避免2維(2D)方位估計(DOA)方法失效,該文提出1維(1D)空間角估計方法、基于Vernier法的垂直角估計方法和基于最小角定理的水平角方位估計方法。首先基于不同子陣構造互協(xié)方差矩陣避免2維方位估計模型失效,再利用Khatri-Rao積進行虛擬孔徑擴展;將擴展后的陣列導向矢量和觀測向量模型用于2維方位估計。與原陣列的導向矢量相比,虛擬陣元數(shù)量約增加1倍,陣列的孔徑得到有效擴展。仿真實驗表明,與單觀測向量波束形成2維方位估計方法相比,所提方法在2維方位估計問題中具有更高的分辨能力,均方根誤差更低;水池實驗進一步驗證了該文所提方法的工程實用性。
  • 圖  1  2維稀疏接收陣列

    圖  2  3維笛卡爾坐標系下的目標方位表述

    圖  3  導向波束的3維波束圖案

    圖  4  目標1(水平角90°垂直角–7°)仿真估計結果誤差棒圖

    圖  5  目標2(水平角92°垂直角–5°)仿真估計結果誤差棒圖

    圖  6  仿真實驗輸出波束圖案

    圖  7  水池實驗場景示意圖

    圖  8  波束形成輸出聲圖像

    圖  9  某一快拍下的波束圖案輸出

    圖  10  2維方位估計結果

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出版歷程
  • 收稿日期:  2019-08-29
  • 修回日期:  2020-12-18
  • 網(wǎng)絡出版日期:  2021-02-22
  • 刊出日期:  2021-03-22

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