[發明專利]基于對角減載的水聲陣列SMI-MVDR空間譜估計方法

有效

• 申請號: 201410109042.9
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103901421A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 趙安邦;宋雪晶;惠娟;周彬;何呈;李東東;曾財高;畢雪潔;馬林;馬駿
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52;G01S3/802
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技術領域

本發明涉及的是一種水聲陣列信號處理方法，特別涉及到一種基于對角減載的水聲陣列SMI-MVDR空間譜估計方法。

背景技術

空間譜估計一直以來都是水聲陣列信號處理研究領域的一個熱點，主要目的是對信號信源數和目標的波達方向等參數進行估計，從而對多目標進行分辨并估計目標方位角（參見：A?Fast?Multiple-Source?Detection?and?Localization?Array?Signal?Processing?Algorithm?Using?the?Spatial?Filtering?and?ML?Approach.IEEE?Transactions?on?Signal?Processing,2007,55(5):1815–1827）。傳統的空間譜估計方法可分為波束形成法和子空間分解法，基于子空間分解的空間譜估計方法的理論分辨能力在高信噪比和大數據樣本條件下不受陣列孔徑的限制，但是該方法在信號信源數估計不正確時會嚴重影響其性能，這一問題在低信噪比時尤為突出，相關文獻對信源數的估計進行了深入的研究（參見：Nonparametric?detection?of?signals?by?information?theoretic?criteria?performance?analysis?and?improved?estimator.IEEE?Trans.on?Signal?Processing,2010,58(5):2746-2756；基于導向矢量信號的未知信源數DOA估計算法.系統工程與電子技術,2013,35(10):2027-2031），但該問題依然沒有得到很好的解決。由于海洋環境的復雜性，水聲陣列常常工作于低信噪比的條件下，且在實際使用中，目標源數通常是未知的而水聲陣列的孔徑也不可能很大，Bartlett和MVDR波束形成仍然是水聲陣列信號處理最常用的處理手段（參見：Comparing?the?resolution?of?Bartlett?and?MVDR?estimators?for?bottom?parameter?estimation?using?pressure?and?vector?sensor?short?array?data.OCEANS2013MTS/IEEE?Bergen,art.no.6608071），但因為Bartlett的空間角分辨力取決于陣列的物理孔徑，受瑞利限（Rayleigh?Limitation）的限制（參見：Detection?of?signals?by?information?theoretic?criteria.IEEE?Trans.on?Acoustics,Speech,and?Signal?Processing,1985,33(2):387-392），無法滿足高分辨的應用需求，所以MVDR波束形成在水聲陣列信號領域的應用更為廣泛。水聲信道是個時變信道，在信號處理過程中需要進行自適應調整，因而采樣矩陣求逆(SMI)和MVDR的結合使用更能夠在水聲陣列的空間譜估計中取得好的效果。

不管是波束形成法還是子空間分解法，都是對陣列接收信號的自相關矩陣進行處理，國內外學者對對角加載的空間譜估計方法進行了相關研究（參見：基于協方差矩陣對角加載的信源數估計方法.系統工程與電子技術,2008,30(1):46-49;對角加載對信號源數檢測性能的改善.電子學報,2004,32(12):2094-2097;On?robust?Capon?beamforming?and?diagonal?loading.IEEE?Transactions?on?Signal?Processing,2003,51(7):1702-1715），但由于信號和噪聲的相關性，導致陣列接收信號的自相關矩陣中主對角線元素上的噪聲分量最大，而對角加載法將帶來波束形成處理增益的損失，降低了多目標的分辨能力。

多目標分辨以及目標方位估計是聲納系統目標識別的重要內容，對于目標跟蹤等有著基礎性的作用，因而，研究一種能夠有效的適用于水聲陣列的空間譜估計方法是很有必要的，該方法將在水聲陣列信號處理中有著廣泛的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提出一種適用于水聲陣列，能夠較好的克服水聲環境中低信噪比、水聲信道的時變性等問題，能更好地完成聲納系統的多目標分辨和目標方位估計任務的基于對角減載的水聲陣列SMI-MVDR空間譜估計方法。

本發明的目的是這樣實現的：

步驟一，N個水聽器等間距水平排列組成聲納接收陣列，用數據采集器采集目標輻射噪聲，即為陣列接收信號X，對接收信號作自相關處理得到采樣矩陣