基于矢量水听器的目标方位估计

矢量水听器是由质点振速传感器和声压传感器复合而成的，相对于传统的声压水听器，可以获取水下声矢量信号，为水下信号的检测和估计提供了更为丰富的声场信息。 本文结合矢量水听器自身的流形特点，介绍了一种基于ESPRIT方法的特征结构算法。该算法用单矢量水听器，在无需知道信号先验信息的条件下，可以实现对多个不相关信号的方位角估计，并且不受频率模糊度的影响，自动匹配x轴、y轴的方向余弦。与声压传感器组成的阵列相比，相当的阵列尺寸和计算负载的条件下，大大提高了估计性能。在此基础之上，将ESPRIT方法扩展到四阶方法，用四阶累积量矩阵代替自相关矩阵，实现对加性有色高斯噪声的抑制，提高算法的估计精度。结合实际的应用情况，对矢量水听器构成的阵列进行了初步的探讨，利用本文前面部分所分析的基于单矢量水听器的方法，实现了阵元间距突破半波长上限的局限，并解决了角度估计的循环模糊问题，以较小的硬件代价和运算代价实现阵列孔径的扩展，提高估计精度。