Direct position determination of multi-tone acoustic signals using off-grid sparse Bayesian learning in the underwater environment

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作者
Wei Wang,Shefeng Yan,Jirui Yang,Chenglong Jiang,Shoude Jiang
出处
期刊:Journal of the Acoustical Society of America [Acoustical Society of America]
卷期号:157 (4): 2877-2895 被引量:1
标识
DOI:10.1121/10.0036152
摘要

High-precision target localization is crucial for underwater surveillance, while existing direct position determination algorithms suffer from limited positioning accuracy due to the use of a fixed grid and the pseudo-target interference at beam intersections. This paper proposes an off-grid sparse Bayesian learning-based direct position determination (DPD-offGSBL) algorithm tailored for commonly used multi-tone acoustic signals, capable of handling coherent, incoherent, and mixed signals. Specifically, a unified frequency-domain data model is established, accommodating both coherent and incoherent signals. Then, an off-grid sparse signal representation for multiple frequencies is formulated and we explore the joint sparsity among arrays to enhance the suppression of pseudo-targets. Furthermore, we derive the Cramér-Rao bound (CRB) for multi-tone signal localization as a theoretical benchmark. Numerical simulations demonstrate that DPD-offGSBL outperforms the counterparts in positioning accuracy and multi-target resolution, and approaches the CRB under various scenarios. Results of SWellEx-96 Experiment Event S5 confirm the practical applicability of DPD-offGSBL for single underwater acoustic source localization.

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