[实用新型]一种基于可调夹角均匀线阵的水下波达方向估计装置

说明书

本实用新型公开了一种基于可调夹角均匀线阵的水下波达方向估计装置，包括数据处理与控制模块、角度控制模块、发射模块、接收模块、输出模块和电源模块；数据处理与控制模块是整个装置的核心部分，其它所有模块都与它直接相连；它可以控制发射模块，使发射模块发射指定的信号；可以控制角度控制模块，使两均匀线阵的夹角转至设定值；还能够对接收模块传过来的信号进行处理，计算出波达方向角，然后将结果传输至发射模块。本实用新型采用两个夹角可以调节的均匀线阵，通过取不同值进行多次测量，可以更好的消除误差。

技术领域

本实用新型涉及水下目标定位的技术领域，特别涉及一种基于可调夹角均匀线阵的水下波达方向估计装置。

背景技术

阵列信号处理技术在众多领域已得到广泛应用，而阵列信号处理的基本问题之一是空间信号波达方向估计(DOA估计)。DOA估计，即空间谱估计，所采用的处理方法是在噪声环境中摆放多个传感器组成阵列，以此来接收目标信号，然后对阵列的接收信号进行处理，最终估计出目标信号相对阵列的入射方向。子空间分解类算法是20世纪70年代发展起来的一种高分辨率方法，它能精确地估测出信号的参数(频率、方位等)，其性能理想、分辨能力和估测精度均比传统方法高，因此被广泛应用于DOA估计领域。子空间分解类算法的特点是通过适当的数学变换，将阵列的接收信号分解为相互正交的两个子空间，即信号子空间与噪声子空间，再利用两类子空间各自的特性来进行DOA估计。所以子空间分解类算法又可以分为信号子空间和噪声子空间两类子空间算法，前者以建立在子空间旋转不变技术的基础上的ESPRIT算法为代表，后者以多重分类算法(MUSIC算法)为代表。MUSIC属于极值搜索法，ESPRIT算法属于直接求解法，因此ESPRIT算法无需进行全空间谱峰搜索，其运算量远小于MUSIC算法。此外ESPRIT算法还具有现实可行、分辨率高的优点，所以在DOA估计中应用非常广泛。

但是，现有的利用ESPRIT算法进行波达方向估计的方法存在精度不高的问题，一方面，在用ESPRIT算法进行DOA估计过程中，需要把信号在介质中的传播速度当成一个已知参数，而在水下环境中，声速跟许多环境因素有关，是一个不断变化的参数，因此用一个固定的声速参数进行水下DOA估计会产生较大的误差。另一方面，现有的波达方向估计所用的线阵都是固定夹角的，在实际测量过程中，只能针对这一固定的夹角进行多次测量，不能有效地提高估计精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种基于可调夹角均匀线阵的水下波达方向估计装置，该装置可以设置多个不同的线阵夹角值进行测量，通过不同夹角的多组测量，来获得相比于现有的DOA方法更高的测量精度。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于可调夹角均匀线阵的水下波达方向估计装置，包括数据处理与控制模块、角度控制模块、发射模块、接收模块、输出模块和电源模块；电源模块与数据处理与控制模块、角度控制模块、发射模块、接收模块和输出模块相连，它能够为这些模块供电；

数据处理与控制模块是整个装置的核心部分，其它所有模块都与它直接相连；它可以控制发射模块，使发射模块发射指定的信号；可以控制角度控制模块，使两均匀线阵的夹角转至设定值；还能够对接收模块传过来的信号进行处理，计算出波达方向角，然后将结果传输至发射模块。

优选的，数据处理与控制模块由一对A/D、D/A转换器和一个处理器组成。

优选的，角度控制模块包括一个步进电机和驱动电路，用来控制两线阵之间的夹角；步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，当驱动电路收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动固定的角度，可以通过使数据处理与控制模块发射一定数量的脉冲信号来达到期望的角度值。

优选的，接收模块包括两个超声波接收探头阵列，两阵列之间的夹角是可变的并且夹角可以通过角度控制模块进行调节。