Broadband source localization in shallow water

• Published in: Signal processing 1999-01, Vol.72 (2), p.107-116
• Main Authors: Naidu, Prabhakar S, Uday Shankar, H
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Applied sciences; Bin size; Broadband; Exact sciences and technology; Incoherent averaging; Radiolocalization and radionavigation; Shallow water; Source localization; Telecommunications; Telecommunications and information theory
• ISSN: 0165-1684; 1872-7557
• DOI: 10.1016/S0165-1684(98)00169-8

The null spectrum defined in multi image subspace algorithm (MISA) for source localization in shallow water possesses an interesting property, that is, when it is averaged over the signal bandwidth, its mean is found to cluster between 0.8 and 0.9, except at the actual source position where it is close to zero. Thus, the frequency-averaged null spectrum or its inverse is found to be an effective quantity for source localization. The signal peak to maximum side lobe ratio is found to increase as a square root of the number of frequency bins over which it is averaged. An approximate theoretical analysis has been carried out. The theoretical results broadly support the outcome of the numerical experiments. Further, we have shown that for broadband averaging to succeed the segment length must be much greater than the largest delay between the direct path and the furthest significant multipath. Das im Multibild-Unterraumalgorithmus ( multi image subspace algorithm, MISA) zur Quelllokalisierung im Flachwasser definierte Nullspektrum besitzt die folgende interessante Eigenschaft. Wird es über der Signalbandbreite gemittelt, so häuft sich sein Mittelwert an allen Stellen zwischen 0.8 und 0.9, mit Ausnahme des Wertes an der tatsächlichen Quellposition, der dort nahe bei Null liegt. Daher kann das frequenzgemittelte Nullspektrum oder sein Inverses als effektives Maß zur Bestimmung des Quellortes herangezogen werden. Es zeigt sich, daß das Verhältnis von Signalspitzenwert zum maximalen Nebenzipfel mit der Wurzel aus der Anzahl der Frequenzbins steigt, über die gemittelt wird. Eine approximative theoretische Analyse wurde durchgeführt. Die theoretischen Ergebnisse stützen deutlich die Resultate der numerischen Experimente. Weiterhin haben wir gezeigt, daß für eine erfolgreiche Breitbandmittelung die Segmentlänge erheblich größer gewählt werden muß als die längste Verzögerung zwischen dem Direktpfad und dem entferntesten signifikanten Mehrfach-Reflexionspfad. Le spectre nul, défini dans des algorithmes de sous-espaces d'images multiples pour la localisation de sources en eau peu profonde, possède une propriété intéressante, qui est que, lorsqu'il est moyenné sur la largeur de bande du signal, il se fait que sa moyenne se concentre entre 0.8 et 0.9, sauf à la position réelle de la source, où elle est proche de zéro. Donc, le spectre nul moyenné en fréquence, ou son inverse, apparaı̂t comme une quantité efficace pour la localisation de source. Le rapport entre le pic de