The Journal of the Acoustical Society of Korea (한국음향학회지)

The Acoustical Society of Korea (한국음향학회)
권호 표지

A Beamforming Method for a Perturbed Linear Towed Array

비선형 형상 견인 어레이를 위한 빔형성 기법

  • Published : 2002.07.01
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Abstract

Linear towed arrays (LTA) have a nonlinear shape due to tow vessel motion, ocean swells and currents. By reasons of nominally linear shape, various towed array shape estimation techniques have been developed since the perturbed shape cause the error in target detection. In this paper,, we propose the beamforming method for the perturbed LTA with simple structure. The proposed method linearizes a nonlinear phase of steering vector with position information measured by two reference sensors. It can be proved using some properties of Markov transition matrix, and iteration number of linearization process is decided by variance of cross phase difference. As a result of computer simulation in the ocean environment, beampattern of the proposed method is almost same with the ideal case in my type of array shape. In the signal-to-noise ratio (SNR) performance simlation, the DOA estimation performance of the proposed beamforming method is evaluated, and the comparison with Bartlett beamformer of the LTA shows that the proposed method can estimate. the spatial characteristic of sources more accuracy.

표적 탐지를 위한 선형 견인 어레이는 해수의 움직임이나 견인선의 기동 방향 등에 의해 그 형상이 비선형화 된다. 이러한 비선형성의 존재는 입사신호의 파라미터 추정 오차를 유발하므로 본 논문에서는 비선형 형상의 견인 어레이를 위한 빔형성 기법을 제안한다. 제안된 기법은 두 개의 보조센서를 사용하여 수동 견인 어레이의 첫 번째 하이드로폰과 마지막 하이드로폰의 위치를 파악한 후, 두 하이드로폰 사이의 비선형 형상조향 벡터를 선형화 (Linearization)한다. 실제 수중환경에서의 컴퓨터 모의 실험을 통하여 성능 분석을 행한 결과, 비선형 견인 어레이의 형상에 관계없이 빔패턴은 이상적인 형태를 지님을 확인하였다. 그리고 다양한 입사신호의 신호 대 잡음비 환경 하에서 위상 성분 추정의 한계를 보임으로써 제안된 기법의 입사각 추정 성능을 평가하였으며, 이와 더불어 선형 형상을 가정한 바틀렛 빔형성 기법과의 비교 분석 결과, 현격한 성능 차이를 보였음을 확인하였다.

Keywords

References

  1. Array Signal Processing S.U.Pllai
  2. MTS/IEEE Oceans '99 An array aperture synthesis technique for noisy environment S.G.Kim;C.Y.Lee;W.C.Lee;K.M.Kim;D.H.Youn
  3. 한국음향학회지 v.18 no.2 수중환경에서 향상된 각분해능을 갖는 어레이 합성기법 박민수;김승일;성하종;이충용;윤대희
  4. Proceedings IEEE EASCON Shape estimation for a flexible underwater cable N.L.Owsley
  5. IEEE J. of Oceanic Eng. v.18 no.4 Towed array shape estimation using Kalman filters - theoretical models D.A.Gray;B.D.O.Anderson;R.R.Bitmead https://doi.org/10.1109/48.262304
  6. IEEE J. of Oceanic Eng. v.18 no.4 Towed array shape estimation using Kalman filters - expermental investigations J.L.Riley;D.A.Gray
  7. IEEE J. of Oceanic Eng. v.17 no.2 Calculation of the shape of a towed underwater acoustic array B.E.Howard;J.M.Syck https://doi.org/10.1109/48.126976
  8. J. Acost. Soc. Am. v.63 no.5 Beamfoming a towed line array of unknown shape H.P.Bucker https://doi.org/10.1121/1.381890
  9. IEEE J. Oceanic Eng. v.18 no.4 Remedying the effects of array shape distortion on the spatial filtering of acoustic data from a line array of hydrophones B.G.Ferguson https://doi.org/10.1109/48.262306
  10. IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing v.37 no.12 Array shape calibration using sources in unknown locations - a maximum likelihood approach A.J.Weiss;B.Friedlander https://doi.org/10.1109/29.45542
  11. IEEE J. of Oceanic Eng. v.18 no.4 Towed array shape estimation using frequency-wavenumber data D.E.Wahi https://doi.org/10.1109/48.262308
  12. proceedings IEEE EASCON Array shape determination using time delay estimatino procedures N.L.Owsley;G.R.Swope
  13. IEEE J. of Oceanic Eng. v.18 no.4 The estimation of the shape of an array using a hidden Markov model B.G.Quinn;R.F.Barrett;J.Kootsookos;S.J.Searle https://doi.org/10.1109/48.262305
  14. IEEE Signal Processing Magazine Two decades of array signal processing research H.Krim;M.Viberg