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Processamento por Adaptação de campo no domínio frequência-Doppler

N. Martins, nmartins@ualg.pt
SiPLAB - FCT, University of Algarve
Campus de Gambelas,
PT-8005-139 Faro, Portugal

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Ref.: SiPLAB Report 02/04, FCT, University of Algarve,2004.

Abstract
This work describes a matched-field processor. In this context, the considered signal representation is the frequency-Doppler representation, which is simply an uni-dimensional Fourier transform of the Wigner-Ville time-frequency distribution. Departing from a bi-linear model of the data received on a hydrophone array, this processor gave accurate results in simulated data, giving rise to less ambiguous surfaces than that obtained by the cross-frequency processor. The method is iterative in nature, which is a drawback, by comparison with spectral processors; nevertheless, its application to real data from the INTIFANTE '00 sea trial proved the processor feasibility. However, the convergence of the iterative algorithm is not guaranteed, and the processor requires the noise statistics as input, being a pre-whitened processor. In a modified form of the processor, the a priori assumption of white noisy data does not alter significantly the estimation results, making this processor comparable, in terms of input, to the conventional Bartlett and cross-frequency processors. The analysis of the real data results show that the frequency-Doppler processor is characterized by a lower successful localization probability and greater ambiguity, as compared to the cross-frequency processor.
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Resumo
Este trabalho descreve um processador de adaptação de campo (matched-field processor). Neste contexto, a representação de sinal utilizada é a representação frequência-Doppler, que não é mais do que uma transformada de Fourier uni-dimensional da distribuição tempo-frequência de Wigner-Ville. A partir de um modelo bi-linear dos dados recebidos numa antena de sensores, este processamento provou ser eficaz, apresentando as respectivas superfícies, em dados simulados, uma estrutura menos ambígua do que a daquelas obtidas pelo processador de frequências cruzadas. O método conduziu a um algoritmo iterativo, o que constitui uma dificuldade acrescida, comparativamente aos processadores espectrais; no entanto, a sua aplicação a dados reais da campanha INTIFANTE '00 provou a realizabilidade do processador. É de notar que não há garantia de convergência do algoritmo, e que o processador tem também como entrada uma estimativa da estatística do ruído, consistindo assim num processador pré-branqueado. Numa forma modificada do processador, a hipótese a priori de ruído branco no sinal recebido não afecta significativamente os resultados de estimação, tornando este processador comparável, em termos de dados de entrada, aos estimadores linear de Bartlett e o de frequências cruzadas. Da aplicação aos dados reais, verifica-se que o processador frequência-Doppler apresenta uma probabilidade de localização inferior e uma maior ambiguidade, comparativamente ao processador de frequências cruzadas.

ACKNOWLEDGMENT: this work was partially supported by project ATOMS (POCTI/P/MAR/15296/1999), funded by FCT, Portugal.