基于高阶ESPRIT的单声矢量水听器近场声源定位-豆柴文库

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基于高阶ESPRIT的单声矢量水听器近场声源定位 Title:Single-VectorHydrophoneNear-FieldSourceLocalizationBasedonHigh-OrderESPRIT Abstract: Near-fieldsourcelocalizationplaysacrucialroleinunderwateracousticsforvariousapplications,includingunderwaternavigation,targettracking,andenvironmentalmonitoring.Inthispaper,weproposeanovelapproachfornear-fieldsourcelocalizationusingasingle-vectorhydrophone.ThemethodisbasedontheHigh-OrderEstimationofSignalParametersviaRotationalInvarianceTechnique(ESPRIT)algorithm.Throughtheoreticalanalysisandsimulationstudies,wedemonstratetheeffectivenessandrobustnessoftheproposedmethodinaccuratelyestimatingthelocationofanear-fieldunderwateracousticsource. 1.Introduction Underwateracousticshasgainedconsiderableattentioninrecentyearsduetoitswiderangeofapplicationsinvariousdomainsincludingdefense,marinebiology,andunderwatercommunication.Near-fieldsourcelocalizationreferstotheestimationofthelocationofanacousticsourcerelativetoahydrophonereceiverinthenear-fieldregion.Accuratelocalizationofunderwateracousticsourceshassignificantimplicationsforimprovingtheperformanceofunderwatersystems. 2.TheoreticalBackground ThissectionprovidesabriefoverviewoftheESPRITalgorithmanditsviabilityforunderwatersourcelocalization.TheESPRITalgorithmisahigh-resolutionmethodthatexploitssecond-orderstatisticsofthereceivedsignalstoestimatethenumberofsourcesandtheirlocations.Itallowsfornear-fieldsourcelocalizationwithalowcomputationalburdenandhighaccuracy. 3.ProposedMethod Inthissection,wepresentthedetailsoftheproposedmethodfornear-fieldsourcelocalization.Themethodutilizesasingle-vectorhydrophone,whichsimplifiesthehardwarerequirementsandreducesthecomplexityofthelocalizationsystem.TheESPRITalgorithmisextendedtohandlethesingle-vectorcasebyexploitingtherotationalinvariancepropertyofthearraymanifold.Thelocalizationprocessinvolvestheestimationofthearray'srotationmatrix,followedbytheestimationofthesourcelocationsusingthederivedarraysteeringvectors. 4.SimulationResults Inordertoevaluatetheperformanceoftheprop

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