张小勇,张国军,尚珍珍,王帅

用于单矢量水听器方位估计的加权直方图法

张小勇1, 2, 张国军1, 尚珍珍1,王 帅2

(1. 中北大学 动态测试省部共建实验室, 山西 太原, 030051; 2. 太原学院 计算机科学与工程系, 山西 太原, 030032)

在水下无人系统中使用矢量水听器进行声源方位估计具有较大的优势, 采用加权直方图法可以利用单个矢量水听器实现方位估计, 且计算量较小。文中分析了声能流检测器的原理, 由声能流可以获得平面内声能量的分布情况, 为加权直方图法提供了理论基础。通过分析发现: 在低信噪比下, 声源的能量扩展到了真实方位之外, 使得加权直方图法的统计间隔会分割声源能量, 从而出现方位估计误差。针对这一问题, 提出了改进的基于能量搜索的加权直方图法, 该算法采用滑动窗口法寻找声源所在区间, 并利用重心法获得区间内的能量中心即方位估计的结果。通过仿真证明: 改进后的算法在统计间隔为10°, 信噪比为-10~10 dB时, 均比原算法具有更好的性能, 其均方根误差平均减小43.7%, 且在多目标(干扰)环境下的方位估计结果也更准确。文中研究可为有效改进单矢量水听器方位估计算法提供参考。

水下无人系统; 矢量水听器; 方位估计; 加权直方图; 滑动窗口法; 重心法

0 引言

水听器可有效感知水声信号, 被广泛应用于水下无人系统声源方位估计中。在无人水下航行器、潜标等设备布放空间严格受限的水下无人系统中, 标量水听器阵列因为体积较大, 使用受到了极大限制[1]。……