Page 53 - 《应用声学》2023年第3期

第 42 卷 第 3 期 袁笑等： 基于最小 Csiszár’s I-散度的高精度深度定位方法 491

E P 近似估计向量 A，其对接收到的垂直阵数据 伏，拖曳声源也会随之抖动，再加上垂直阵的倾斜、
+
的模态分解效果并不理想；另外，声源的运动会引 海洋环境参数的变化等原因，在实际处理中，深度
起快拍欠缺；这都会导致最后估计的协方差矩阵存 定位往往会出现偏差：如在图 10 中，可以看到基
在较大偏差。由图 10可得，相比于 CB 法、MV 法和 于 MCID 法声源深度的估计与实际声源深度有一
MUSIC法，MCID法具有更窄的主瓣宽度和更低的 定偏差，如在图 10(a) 和图 10(b) 中，深度估计约为
旁瓣，与上述仿真结果类似；且由于未能对协方差矩 58 m(偏差为4 m)；图10(c)和图10(d)中，深度估计
阵进行准确估计，MV法和MUSIC法的定位性能显 为 12 m (偏差为 3 m)。其偏差受 CB 法影响，因为
著下降，主瓣宽度变宽，PSR 在 3∼4 dB 之间，远小 MCID 法本身就是基于 CB 法的波束能量输出实现
于MCID法和CB法。 深度估计的，虽有偏差，定位结果仍然可以接受；这
由于科考船在运动过程中会随着海面上下起 在一定程度上也验证了MCID法的稳健性。

5 5
MCID
MCID
CB CB
MV MV
0 0 MUSIC
MUSIC
ฉౌᑟ᧚/dB -5 ฉౌᑟ᧚/dB -5

-10 -10

-15 -15
50 100 150 200 50 100 150 200
ງए/m ງए/m
(a) ඵࣱᡰሏ˞5200 m, ܦູᮠဋ˞130 Hz (b) ඵࣱᡰሏ˞4000 m, ܦູᮠဋ˞130 Hz
5 5
MCID MCID
CB CB
MV MV
0 0
MUSIC MUSIC
ฉౌᑟ᧚/dB -5 ฉౌᑟ᧚/dB -5

-10 -10

-15 -15
50 100 150 200 50 100 150 200
ງए/m ງए/m
(c) ඵࣱᡰሏ˞5200 m, ܦູᮠဋ˞127 Hz (d) ඵࣱᡰሏ˞4000 m, ܦູᮠဋ˞127 Hz

图 10 声源频率为 130 Hz 和 127 Hz 时的深度估计
Fig. 10 Depth estimation when source frequencies are130 Hz and 127 Hz

Csiszár’s I-散度的迭代算法，提出一种新的高精度
4 结论
深度定位方法。由仿真和实验数据可以得到，该方

基于传统模态波束形成的深度定位方法精度 法能够实现深度的高精度定位。由于该方法是对接
不高，为了提高深度定位的精度，可以将许多目标 收到的数据进行模态波束形成处理后，再估计出原
方位估计高精度算法的原理应用到深度定位。但 来的声源深度的分布状况，实际上解决的是线性系
高精度算法也存在着各种各样的问题，如自适应的 统的求逆问题，这相当于一个去模糊处理，一定程度
高精度方法 (如 MVDR) 会由于方向变化速率过大 上能减少噪声对实际声源分布的影响，从而能够在
的声源目标而面临快拍欠缺问题。本文基于最小 保持深度定位高精度的同时抑制旁瓣。当然该方法