近日，bat365在线平台官方网站童峰教授团队在通信领域权威期刊IEEE Transactions on Vehicular Technology上发表了题为“Small Size Array Underwater Acoustic DOA Estimation Based on Direction-Dependent Transmission Response”的研究论文。该研究提出一种基于方向相关传输响应的小尺寸水声阵列波达方向（Direction of Arrival, DOA）的估计方法，从空间稀疏恢复的角度克服了传统方法估计结果受阵列尺度严重制约的问题，为小型化水下航行器等小尺寸平台水声阵列DOA估计提供了新思路。

DOA估计是通过对目标来波信号的检测和处理来确定该目标的空间位置（即目标相对于阵列参考阵元的方向角），是阵列信号处理中的一个重要研究方向。水下目标DOA估计在水下传感器网络、导航、海洋工程等领域有着广泛的应用。

近年来，随着不同类型小型化水下潜航器的迅猛发展，搭载于此类小型化平台的水声阵列其物理尺寸通常被限制在亚米级，对DOA估计性能造成极大影响。同时，有限阵元个数、低信噪比、少快拍等问题也会显著降低DOA估计性能。此外，水声信道严重多径效应则给小尺寸阵列DOA估计带来了进一步挑战。

童峰教授团队利用水下目标存在空间稀疏性这一特征，将小尺寸水声阵列DOA估计转化为空间稀疏恢复问题。考虑到水声信道条件下不同DOA对应每个阵元具有不同的传输响应模式，水下目标DOA与阵元对应传输响应之间具有极强的相关特性，由此关联特性可定义方向相关传输响应（DDTR）。在此工作的基础上，研究团队提出了一种基于DDTR的小尺寸水声阵列DOA估计方法。该方法通过将DDTR分解为时延项（TD）和随机信道响应项（RCR）解耦水声信道多径的不利影响，并从小尺寸阵列几何结构出发，将每个与水下目标DOA关联的TD构造为字典矩阵；与此同时，设计了不同准则的选择性频率累加压缩感知重构算法（SFA-CS）来重构DOA。数值仿真结果表明，与传统算法相比，该方法可有效提高小尺寸阵列水下目标DOA性能，获得更低的均方根误差（RMSE）和更高的成功率（SR），且对多普勒频移具有较强的鲁棒性。

研究团队

该论文第一作者为bat365在线平台官方网站博士生李嘉恒，通讯作者为童峰教授，合作作者包括周跃海副教授、中科院沈阳自动化所杨翊副教授和胡志强研究员。该研究获得国家重点研发计划项目（2018YFE00110000）和国家自然科学基金项目（11274259、11574258）的联合资助。

论文来源

J. Li, F. Tong, Y. Zhou, Y. Yang and Z. Hu, Small size array underwater acoustic DOA estimation based on direction-dependent transmission response, in IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2022, doi: 10.1109/TVT.2022.3197922.

论文链接

https://doi.org/10.1109/TVT.2022.3197922

供稿：童峰

编辑：苏颖

审核：刘志宇、唐腾凤