Page 163 - 《应用声学》2025年第2期

第 44 卷 第 2 期 Vol. 44, No. 2
2025 年 3 月 Journal of Applied Acoustics March, 2025

⋄ 研究论文 ⋄

结合有限新息率重构的水声宽带信号方位估计方法 ∗

明 超 1,2 牛海强 2† 李整林 3,4 郭永刚 2 甘维明 1,5

(1 中国科学院声学研究所南海研究站 海口 570105)
(2 中国科学院声学研究所 声学与海洋信息全国重点实验室 北京 100190)
(3 中山大学海洋工程与技术学院 珠海 519000)
(4 南方海洋科学与工程广东省实验室 (珠海) 珠海 519000)
(5 陵水海洋信息海南省野外科学观测研究站 陵水 572423)

摘要：基于压缩感知理论的稀疏重构方法容易受网格失配的影响，导致其性能下降。此外，这类方法的计算复
杂度较高，难以满足实时应用的要求。相比之下，有限新息率 (FRI) 重构方法在解决网格失配问题和提升计算
效率方面具有明显优势。实际的水声信号通常是宽带信号，而现有的 FRI 重构方法多基于窄带信号的假设，未
深入研究宽带信号的方位估计问题。针对这一问题，该文提出一种基于多项式比值模型的宽带信号 FRI 方位
估计方法，该方法首先通过一种基于矩阵极分解的宽带聚焦算法，将所有频率的接收信号聚焦到同一个参考
频率上，随后使用 FRI 方法对聚焦后的信号进行方位估计。与传统基于相干信号子空间的方位估计方法相比，
该方法无需预先估计目标方位，数值仿真和实验结果表明，该方法可以实现高效率且相对准确的方位估计。
关键词：到达方向估计；宽带信号；有限新息率
中图法分类号: TB566 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2025)02-0423-11
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2025.02.017

Direction of arrival estimation method for underwater acoustic broadband
signals based on finite rate of innovation

2
2
MING Chao 1,2 , NIU Haiqiang , LI Zhenglin 3,4 , GUO Yonggang and GAN Weiming 1,5
(1 Hainan Acoustics Laboratory, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Haikou 570105, China)
(2 State Key Laboratory of Acoustics and Marine Information, Institute of Acoustics,
Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)
(3 School of Ocean Engineering and Technology, Sun Yat-sun University, Zhuhai 519000, China)
(4 Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), Zhuhai 519000, China)
(5 Hainan Field Scientific Observation and Research Station of Lingshui Marine Information, Lingshui 572423, China)

Abstract: Sparse reconstruction methods based on compressed sensing theory are susceptible to grid mismatch,
leading to performance degradation. Moreover, the high computational complexity of these methods makes
them unsuitable for real-time applications. In contrast, sparse reconstruction methods based on finite rate of
innovation (FRI) theory offer significant advantages in terms of grid mismatch and computational efficiency.

2024-09-11 收稿; 2024-10-21 定稿
∗ 国家自然科学基金项目 (12174418), 院士工作站项目 (202305AF150075), 中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项 (XDB0700000),
海南省自然科学基金 (523QN309)
作者简介: 明超 (1997– ), 男, 海南海口人, 博士, 博士后, 研究方向: 水声信号处理。
† 通信作者 E-mail: nhq@mail.ioa.ac.cn