[發明專利]一種基于MUSIC算法的頻率分集陣列兩層介質目標定位方法

在審

• 申請號: 201610994848.X
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106772337A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 歐陽繕;李浩然;謝躍雷;晉良念;劉慶華;姚連明;呂昌民;汪瑞;李貝貝;何珂
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01S13/06
• 分類號: G01S13/06;G01S7/42;G01S7/41
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司45112
• 代理人: 周雯

1.一種基于MUSIC算法的頻率分集陣列兩層介質目標定位方法，其特征是，包括如下步驟：

1)構造單發單收的頻率分集陣列；

2)利用步驟1)構造的頻率分集陣列對目標所在區域進行掃描，確定電磁波在兩層介質分界面的折射點位置，根據折射點位置，確定電磁波在兩層介質中的傳播路徑，即確定傳播時延；

3)根據步驟2）得到的時延，推導出兩層介質的頻率分集陣列的發射-接收波束方向圖，分析波束方向圖，在洛必達法則下，距離和角度呈簡單的數學關系，即兩組頻偏不同的頻率分集陣列發射-接收方向圖完全包含了解耦后的距離、角度信息；

4)依據步驟3)的分析，改變頻偏，利用步驟1)構造的頻率分集陣列對目標所在區域再次進行掃描，從而得到兩組不同頻偏情況下各陣元接收的回波信號；

5)對回波進行匹配濾波，得到基帶信號回波，根據L個回波信號快拍數據得到回波信號協方差矩陣的估計值；

6)對步驟5)的估計值進行特征值分解，根據特征值大小，把與目標源個數K相等的特征值和其對應的特征矢量看成信號子空間，將余下的2N-K個特征值和特征矢量作為噪聲子空間；

7)根據步驟6)得到的噪聲子空間構造譜函數，對距離和角度變化進行逐點計算，尋找波峰即可完成目標定位。

2.根據權利要求1所述的基于MUSIC算法的頻率分集陣列兩層介質目標定位方法，其特征是，所述的步驟1)中，所構造的頻率分集陣列的各個陣元僅接收自身發出的信號。

3.根據權利要求1所述的基于MUSIC算法的頻率分集陣列兩層介質目標定位方法，其特征是，所述的步驟1)中，所構造的頻率分集陣列的每個陣元的發射頻率依次線性增加，第n個陣元發射信號的載頻f_n為：

f_n＝f₀+nΔf₁ n＝0,1,…,N-1

式中，f₀為頻率分集陣列的基準載頻，Δf₁為頻率分集陣列的初始頻率偏置，N為頻率分集陣列的陣元個數。

4.根據權利要求1所述基于MUSIC算法的頻率分集陣列兩層介質目標定位方法，其特征是，步驟3)中根據折射點位置推導出兩層介質的頻率分集陣列的發射-接收波束方向圖為：

上式中，f₀為頻率分集陣列的基準載頻，Δf為頻率分集陣列的初始頻率偏置，θ₂為觀測目標點與頻率分集陣列的參考陣元在分界面的折射點的法向夾角，R₀₁為頻率分集陣列的參考陣元與其對應的折射點的距離，R₀₂為折射點到觀測目標點的距離，c₁為電磁波在介質1的電磁波傳播速度，c₂為電磁波在介質2的電磁波傳播速度，d為頻率分集陣列的陣元間隔，n＝0,1,…,N-1，N為該頻率分集陣列的陣元個數。

5.根據權利要求1所述基于MUSIC算法的頻率分集陣列兩層介質目標定位方法，其特征是，步驟7)中，構造噪聲子空間的譜函數為：

U_N為步驟6)中2N-K個小特征值對應的特征矢量，稱為噪聲子空間，a(R,θ)是空間中一個位置為(R,θ)的陣列流型。