基于极大似然的智能地雷被动声阵列测向.pdf

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1、第4卷第4期解放军理工大学学报(自然科学版)VO1.4NO.42003年8月JOurna1OfPLAUniversityOfScienceandTechnO1OgyAug.2003文章编号,1009-3443(2003)04-0073-03基于极大似然的智能地雷被动声阵列测向罗珊王伟策张卫平马光彦蒋新胜(解放军理工大学工程兵工程学院江苏南京210007)摘要,被动声定位是智能地雷的关键技术之一其中声传感器阵列测向确定了目标的方位角信息G通过Cramer-RaO下界分析了影响测向精度的因素并将极大似然估计应用于智能地雷均匀圆阵的测向技术中通过

2、外场测试对坦克目标进行了相关的测向分析结果表明精度满足智能地雷的系统要求G关键词,智能地雷;测向;极大似然;均匀圆阵中图分类号,TN911.07文献标识码,ADoAEstimateBasedonMaximum-likelihoodusingPassiveAcousticSensorArrayinlntelligentMineSystemLUOShanWANGWez-CeZHANGWez-pzngMAGang-yanJIANGxzn-sheng(EngineeringinstituteOfEngineeringCOrpsPLAUniv.OfS

3、ci.gTech.Nanjing210007China)Abstract,PassiveacOusticDOA(DirectiOn-Of-Arriva1)estimateusingacOusticsensOrarrayisakindOfkeytechnO1Ogyininte11igentminesystem.ThefactOrsthatinf1uencetheDOAestimateprecisiOnareana1yzedthrOughCramer-RaO1OWerbOund.ThemaXimum-1ike1ihOOdestimateisap

4、p1iedinDOAestimateusingunifOrm1yspacedcircu1ararray.TankObjectDOAisthenestimatedbyfie1dtestandeXperimenta1resu1tsareana1yzed.KeyWords,inte11igentmine;DOAestimate;maXimum-1ike1ihOOd;unifOrm1yspacedcircu1ararray被动声定位是智能地雷声复合引信技术的一项重要内容G被动声定位包含对目标的测向和测距G近1均匀圆阵的目标噪声信号模型年来提出的雷场

5、网络定位是智能地雷发展的重要方向[1]其中利用单个小基阵精确的方位角信息实现设智能地雷探测系统采用由m个声传感器构多阵列测距是研究思路之一因此小基阵的测向技成的二维平面均匀圆阵在直角坐标系中每个传感术具有重要的研究意义G器的位置记为rTp=[Ipyp](p=1m)圆阵的目前有关被动声阵列测向估计的算法主要分基中心位置为rTG若声传感器为全方向的C=[ICyC]于时延和基于相关矩阵的两种G基于相关矩阵的算单个坦克目标与I轴正方向的夹角记为方位角6法虽然计算量较前者大但估计精度较高且可以处则目标噪声信号到达均匀圆阵中心位置与第p个理复杂阵形的测

6、向问题在多目标定位方面有较好声传感器的相对时延为,的前景[2~5]G本文将基于相关矩阵的极大似然估计ZCp=zC-zp=[(IC-Ip)cOs6+算法应用于智能地雷均匀圆阵的被动声测向中并(yC-yp)sin6]/C由此进行了坦克目标的外场测试利用采集的数据其中z和z分别是目标噪声信号到达圆阵中心位Cp进行了坦克目标方位角估计及相关分析G置及第p个传感器的绝对时延C是目标噪声信号的有效传播速度G因此在时刻z第p个声传感器所收稿日期,2003-06-03.作者简介,罗珊(1972-)女硕士生讲师.接收到的信号为,74解放军理工大学学报(自然科

7、学版)第4卷xp(I)=sc(I-Tcp)+np(I)c为归一化加权均方根频率Z为有效束宽BW=其中s是目标发出的到达圆阵中心位置的噪声信tRk/c则均匀圆阵目标方位角的Cramer-Rao均方根误差号n是方差设为62的零均值高斯白噪声Op下界可记为[5]:经DFT(离散傅里叶变换)并将信号模型折迭ZBW到N/2正频则频域内阵列接收的信号模型为:66X=G(6)+E~f/SNRN/2其中X=[XTT1(k)~XR(k)]G(6)=[S(1)~其中fISc(k)I2/N62SNRTTS(N/2)]S(k)=d(k)Sc(k)方向矢量d(k)=

8、k=1Tf/SNR=N-fSNRO[c1(k)~cR(k)](k=O~N-1)cp(k)=-j2tkI/N~2由此看出均匀圆阵的方位角Cramer-Rao误cp协方差矩阵RE=E