[实用新型]基于夹角可调双L阵的水下二维波达方向估计装置

说明书

本实用新型公开了一种基于夹角可调双L阵的水下二维波达方向估计装置，所述装置包括：数据处理与控制模块、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控制发射模块发射指定的信号，控制接收模块使两水平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，计算出二维波达方向角，然后将计算结果传输至发射模块，电源模块为数据处理与控制模块、发射模块、接收模块和输出模块提供电源。所述装置在传统的测量装置上进行了改进，使用夹角可调节的双L阵，可行性强，安装简单。

技术领域

本实用新型涉及水下目标定位技术领域，具体涉及一种基于夹角可调双L阵的水下二维波达方向估计装置。

背景技术

阵列信号处理领域中的一个关键问题就是信号波达方向(Direction ofArrival,DOA)估计，其中水下波达方向估计作为阵列信号处理的一大重要研究领域，广泛应用于海洋勘测、水下声呐系统等。原始的DOA估计都是一维DOA估计，即指在单一平面内估计目标信号的方位角，这种一维波达方向角的估计存在很大的局限性，在实际水下目标定位中，处于三维空间的目标需要二维方向角度才能准确定位，因此二维波达方向估计是一个极具现实意义的问题。波达方向估计中最经典的算法是基于特征分解的子空间算法，主要包括多重信号分类(MUSIC)算法和借助选择不变性进行信号参数估计(ESPRIT)算法，目前常用这两种算法应用于均匀L型阵列、均匀矩形阵列等二维线阵进行二维DOA估计。二维MUSIC算法是一种基于一维DOA估计而提出的渐进无偏的波达方向估计算法，由于二维MUSIC算法要进行二维的谱峰搜索，所以其计算量十分巨大。ESPRIT算法无需进行谱峰搜索从而极大地减小了计算量，因此该算法得到了广泛的应用，但是将二维ESPRIT算法直接用于二维DOA估计时，会存在角度配对的问题，从而增加了计算量。同时，现有的水下DOA估计算法需要把水下声速当成一个已知量，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。

基于上述传统信号波达方向估计的装置所用双L线阵中两水平线阵夹角是固定的，无法设置多组角度进行多次测量，测量精度较低，存在过多误差。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于夹角可调双L阵的水下二维波达方向估计装置，所述装置在传统的测量装置上进行了改进，使用夹角可调节的双L阵，可行性强，安装简单。

本实用新型的目的可以通过如下技术方案实现：

一种基于夹角可调双L阵的水下二维波达方向估计装置，包括数据处理与控制模块、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控制发射模块发射指定的信号，控制接收模块使两水平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，计算出二维波达方向角，然后将计算结果传输至发射模块，电源模块为数据处理与控制模块、发射模块、接收模块和输出模块提供电源。

所述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，是整个装置的核心部分，与其它所有模块直接相连。

所述发射模块由一个阻抗匹配电路和一个超声波发射探头组成，通过数据处理与控制模块中的D/A转换器与处理器相连，能够根据处理器发出的指令发射指定的信号。

所述接收模块由三个超声波接收探头阵列和步进电机以及步进电机驱动电路组成，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，当步进电机驱动电路收到一个脉冲信号，能够驱动步进电机按设定的方向转动固定的角度，称为步距角，从而通过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。

所述输出模块由一个USB接口和一个显示器组成，并与数据处理与控制模块和电源模块相连，所述输出模块能够提供人机交互，将数据处理与控制模块中处理好的数据通过USB接口输出到外部装置或者在显示器上显示出来。