[發(fā)明專利]聲矢量傳感器二維陣列MUSIC解相干參數估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710098107.8
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106802403B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設計）人: 王蘭美;廖桂生;孫長征;劉聰鋒;代少玉;張艷艷
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S3/802
• 分類號: G01S3/802
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.聲矢量傳感器二維陣列MUSIC解相干參數估計方法，其特征在于：

所述陣列由2M-1個聲矢量傳感器構成非均勻L型陣列，其中M個聲矢量傳感器位于x軸，M個聲矢量傳感器位于y軸，坐標原點的聲矢量傳感器兩軸共用，所述陣列的陣元是具有空間共點同步測量聲壓以及x軸、y軸和z軸方向振速分量的聲矢量傳感器，所有傳感器的對應通道相互平行：所有的聲壓傳感器相互平行，所有的x軸方向振速傳感器相互平行，所有的y軸方向振速傳感器相互平行，以及所有的z軸方向振速傳感器相互平行；相鄰陣元間距小于等于λ_min/2，λ_min為入射聲波信號的最小波長；

二維陣列MUSIC解相干參數估計方法的步驟如下：非均勻L型聲矢量傳感器陣列接收K個相干窄帶、平穩(wěn)遠場聲源信號，

步驟一、非均勻L型聲矢量傳感器陣列作為接收陣列，接收K個遠場窄帶相干信號，接收陣列輸出N次同步采樣數據Z；

步驟二、抽取聲壓和x、y、z三個坐標軸的聲速四個子陣對應的數據，通過子陣數據協方差矩陣處理恢復數據協方差矩陣的秩，得到變換前的數據協方差矩陣R_Z；

根據陣列數據Z的排布規(guī)律將數據分成聲壓以及x軸、y軸和z軸方向振速四個子陣數據Z_p、Z_x、Z_y和Z_z，計算4個子陣數據的協方差矩陣和其中，通過4個子陣數據協方差矩陣的算術平均得到變換前的滿秩數據協方差矩陣R_Z；

步驟三、對子陣接收數據進行變換，求變換后的協方差數據矩陣R_Y和變換前后的互協方差數據矩陣R_ZY，由矩陣R_Z、R_Y和R_ZY得到解相干后的總數據協方差矩陣R，從而恢復數據協方差矩陣的秩；

對子陣數據Z_p、Z_x、Z_y、Z_z進行變換其中，J_M是M×M的反對角變換矩陣，j_i，M-i+1＝1(i＝1，…，M)是J_M的第i行第M-i+1列的元素，J_M的其它元素全部為零，表示對子陣數據Z_p、Z_x、Z_y、Z_z取共軛后的數據，求變換后子陣數據Y_p、Y_x、Y_y、Y_z的數據協方差矩陣其中，求變換前后數據的互協方差矩陣：Q_p、Q_x、Q_y、Q_z，其中，變換后協方差矩陣的算術平均得到變換后陣列協方差矩陣R_Y，變換前后數據的互協方差矩陣求算術平均得到變換后數據互協方差矩陣R_ZY，R_ZY＝(Q_p+Q_x+Q_y+Q_z)/4，構造解相干后的總數據協方差矩陣R＝[R_ZY R_Z R_Y]；

步驟四、由解相干后的數據協方差矩陣R進行奇異值分解得到信號子空間U_s和噪聲子空間U_n；根據L陣的結構特點將噪聲子空間U_n進行分塊，分成x軸和y軸子陣對應的噪聲子空間U_nx和U_ny，構造x軸和y軸噪聲子空間對應的MUSIC空間譜P(u_x)和P(u_y)，通過兩個一維搜索估計得到x軸和y軸方向的方向余弦的估計矩陣和

其中，u_x＝sinθcosφ和u_y＝sinθsinφ分別是x軸和y軸方向的方向余弦，θ∈[0，π/2]是搜索俯仰角，φ∈[0，2π]是搜索方位角，分別是x軸和y軸的譜峰對應的方向余弦矩陣；

步驟五、利用全陣列對應的噪聲子空間U_n構造MUSIC譜，對x軸和y軸方向的方向余弦估計矩陣和進行配對運算，利用配對后的方向余弦和得到到達角的估計值和

因為兩次搜索是獨立進行的，和的對應元素不一定對應同一個信號，當和的對應元素不對應同一個信號時，無法進行到達角的估計，必須進行配對運算，根據配對成功的導向矢量垂直于噪聲子空間從而有最高的譜峰的原理進行配對；為MUSIC譜函數，對于的第k個元素與中的每一個元素進行組合，利用MUSIC譜函數最大的方法在找到與匹配的元素從而實現了第k個信號x軸方向余弦和y軸方向的方向余弦的配對，于是到達角的估計值為：

前述步驟中的k＝1，...，K，l＝1，...，K。