[發明專利]基于矢量奇異值分解的聲矢量圓陣寬帶相干源方位估計方法

有效

• 申請號: 201710178847.2
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN107132503B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 時勝國;李贏;楊德森;朱中銳;安妍妍;時潔;胡博;張昊陽;莫世奇;張攬月;方爾正
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S3/80
• 分類號: G01S3/80
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是基于矢量奇異值分解的聲矢量圓陣寬帶相干源方位估計方法。利用子帶分解原理，得到各個子帶的頻域信號；將聲矢量圓陣頻域信號轉換為模態域頻域信號；采用聲壓與振速聯合處理方式構建互協方差矩陣，通過求和平均實現寬帶接收信號的互協方差矩陣估計；對互協方差矩陣進行特征值分解，尋找最大特征值對應的特征向量構建重構矩陣，增加反向平滑項得到修正重構矩陣，并進行奇異值分解獲得信號子空間及噪聲子空間；利用MUSIC算法實現聲矢量圓陣寬帶相干目標方位估計。本發明具有更強的抑制噪聲能力，且在低信噪比情況比矢量奇異值分解方法和前后向空間平滑具有更強的空間分辨能力。在水下寬帶目標遠程探測方面具有較高的優越性。

技術領域

本發明涉及的是一種傳感器陣列信號處理方法，具體地說是一種聲矢量圓陣寬帶相干目標方位估計方法。

背景技術

水下目標輻射噪聲可分為線譜及寬帶連續譜，與線譜相比，寬帶連續譜具有攜帶信息量大、背景噪聲相關性弱，有利于目標檢測、參數估計及目標特征提取等優點，但當不同方向目標相關性較強、測量距離較大時，將導致方位估計算法性能下降。因此，開展水下遠程寬帶相干源方位估計算法研究具有重要的工程應用價值。

聲矢量傳感器較聲壓傳感器可獲取更多的聲場信息，為水下目標探測提供了強有力的支撐。聲矢量傳感器陣列信號處理可有效提高水下目標的探測能力，其中寬帶信號方位估計問題受到了廣泛關注。陳偉華等人(陳偉華，趙俊渭.聲矢量傳感器陣寬帶相干信號子空間最優波束形成[J].聲學學報，2005，30(1):76-82.)將寬帶聚焦思想引入了聲矢量陣寬帶處理中，為聲矢量線陣寬帶聚焦矩陣的構造提供了一種方法，提高了聲壓線陣的目標方位估計性能。文獻“Wideband MVDR beamforming for acoustic vector sensor lineararray[J].IEEE Proc.Radar Sonar Naving，2004，151(1):339-343.”采用寬帶相干信號子空間處理方法構造聚焦矩陣，通過最小方差無畸變響應(MVDR)算法實現了相干聲源的方位估計。但上述方法均將振速信息視為與聲壓相同的獨立陣元信息來處理，沒有充分利用聲矢量陣中聲壓與振速聯合處理的抗噪能力，在低信噪比條件下方位估計性能有限，無法滿足水下目標遠程探測的要求。國內外學者Hawkes等(HAWKES M,NEHORAI A.Acousticvector-sensor correlations in ambient noise[J].IEEE Journal of OceanicEngineering，2001，26(3):337-47.)以及惠俊英等人(惠俊英，劉宏，余華兵，范敏毅.聲壓振速聯合處理及其物理基礎初探[J].聲學學報，2000，25(4):303-307.)研究表明對于各向同性噪聲場，空間同點測得的聲壓振速不相關；對于有限尺度的信號源，空間同點測得的聲壓振速是完全相關的，從理論上證明了聲壓振速聯合處理的抗各向同性噪聲原理。在此基礎上，白興宇等人(白興宇，楊德森，趙春暉.基于聲壓振速聯合處理的聲矢量陣相干信號子空間方法[J].聲學學報，2006，31(5):410-417.)將相干信號子空間方法的寬帶高分辨能力與聲壓振速聯合處理的抗噪能力有機的結合起來，實現了對寬帶聲源的遠程、高分辨方位估計。