جهت‌ يابي منابع همبسته آكوستيكي با آرايه خطي تودرتو بر مبناي حل اسپارس

Coherent Acoustic Source DOA Estimation by Nested Array Based on Sparse Solution

جهت‌ يابي منابع آكوستيكي در بسيار از كاربردهاي صنعتي و نظامي از اهميت ويژه ­اي برخوردار است. الگوريتم‌هاي زيادي تاكنون براي حل اين مساله پيشنهاد شده ­اند اما شرايط گوناگون و پيچيده‌اي كه محيط واقعي به فرضيات مساله اعمال مي­ نمايد باعث شده كه همچنان در برخي شرايط، راه حلي براي جهت‌يابي منابع آكوستيكي به‌صورت پايدار و بادقت دلخواه وجود نداشته باشد يكي از اين موارد، يافتن جهت منابع آكوستيكي، در محيط هاي پرانعكاس مانند آب‌هاي كم عمق دريا است. در اين شرايط منابع مجازي زيادي به‌ وجود مي ­آيندكه در واقع كپي منابع مستقل بوده و قابل شناسايي و حذف نيستند. زماني كه تعداد اين انعكاس‌ها از تعداد حسگرهاي آرايه بيشتر شود، فرضيات روش‌هاي مرسوم جهت­ يابي، اقناع نشده و قابل به‌ كارگيري نمي­ باشند. در اين شرايط با مساله­ تعداد منابع، بيشتر از تعداد حسگرها (فرومعين)، روبرو هستيم. يك ايده مهم براي مقابله با اين تاثير چند مسيرگي، افزايش درجه آزادي آرايه سوناري است كه مي‌تواند بر مبناي آرايه‌هاي اسپارس حل شود. در واقع با به‌ كارگيري آرايه MRA تعداد حسگرهاي آرايه واقعي، به‌طور مجازي افزايش يافت به‌طوري‌كه مساله به شرايط عادي (فرامعين) برگردد در اين ايده ماتريس مني فولد آرايه طوري اصلاح گرديد كه متناسب با آرايه‌هاي غيريكنواخت اسپارس باشد. شبيه‌سازي ­ها به‌خوبي عملكرد الگوريتم را در حضور منابع همبسته، قابليت‌هاي تفكيك زاويه‌اي و ميزان خطاي كمتر را تاييد مي‌نمايد به‌طوري‌كه با 6 حسگر واقعي در آرايه، الگوريتم توانست 12 منبع اعم از همبسته و مستقل را جهت‌يابي كند در عين حال روش ارائه‌ شده از روش‌هاي مقايسه شده بهتر بوده و بسيار به حد CRLB نزديك مي‌شود.

Direction finding of acoustic sources has special importance in military and industrial applications. Lots of algorithms are proposed for solving this problem but, as the complicated conditions of environment enter the problem, a common method with arbitrary precision does not exist for all situations. One of these cases is finding the direction of acoustic sources in multi reflection media such as shallow waters. In this case, many virtual sources are born which are copies of independent sources and are neither detectable nor removable. When the number of these reflections are more than the number of array sensors, the assumptions of customary direction-finding methods are not satisfied and therefore these methods are no longer applicable. In this case, we are facing a problem that the number of signal sources are more than the number of sensors. An important idea for handling this multipath phenomenon, is to increase the degree of freedom of the sonar array which can be solved based on the sparse arrays. Actually, employing the MRA array, will increase the number of real array sensors virtually so that the problem will return to the ordinary conditions. In this idea, the array manifold matrix is modified to be proportional to the sparse non -uniform array. Simulations confirm the function of the proposed algorithm in the presence of correlated sources that have low error and high angular resolution so that, by 6 real array sensors, this algorithm could find the direction of 12 sources whether independent or correlated. This algorithm is very close to CRLB limit and is better than all compared methods.