[發(fā)明專利]基于常量時間奇異值分解的快速高階線路徑分離方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710682906.X
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107656897B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設計）人: 姜龍玉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14;G06F17/16;G01S3/802
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于常量時間奇異值分解的快速高階線路徑分離方法，屬于水聲信號處理領域。本發(fā)明的方法利用陣列流形張成空間與信號子空間的重合性，構造估計函數(shù)，通過二維譜峰搜索找到估計函數(shù)的極大值所對應的信號源波達方向和波達時間，完成線路經(jīng)分離。其中，計算信號子空間所需要的進行SVD操作的矩陣為接收數(shù)據(jù)的四階累積量按照列和行抽樣構造后的矩陣，通過常量時間的奇異值分解方法進行信號子空間的近似。相比現(xiàn)有基于高階累積量的陣列信號處理方法，本發(fā)明在保證較高分辨率的同時，使算法的時間復雜度和空間復雜度大大降低。

技術領域

本發(fā)明涉及水聲信號處理方法，具體涉及一種基于常量時間奇異值分解的快速高階線路經(jīng)分離方法。

背景技術

淺海海洋聲層析術(Ocean Acoustic Tomography，OAT)的前向問題中需識別不同的線路徑(ray path)，然后將線路徑的到達時間用于解決反演問題并估計聲速變化。在淺海波導中存在多路徑傳播的性質(zhì)，即：由于海面和/或海底的折射和/或反射，聲音信號以多路徑的形式傳播且每條線路徑均為發(fā)射信號的復本。由于每一條線路徑都覆蓋不同的海洋區(qū)域，并且其產(chǎn)生的相干信號相互疊加可提高信號質(zhì)量并增大信噪比，因此多路徑傳播性質(zhì)可以為淺海OAT的反演過程提供更多的信息。但多路徑傳播產(chǎn)生的部分相關信號與相干信號同樣會對結果造成干擾，因此在淺海OAT中需使用陣列信號處理技術對線路徑分離并估計不同線路徑的到達時間。

基于高階累積量的線路徑分離方法最早被M.C等人提出，利用高階累積量對高斯過程的自然盲特性，能夠降低海洋中譜未知的高斯色噪聲對觀測的影響。

對于復解析信號，四階累積量的定義如下：

其中，上標*表示共軛。

對于M個陣元，上式中變量的取值范圍為1≤k₁,k₂,k₃,k₄≤M。所以隨著k₁,k₂,k₃,k₄變化共有M⁴個值。為了方便操作，將這些值放于M²×M²矩陣R₄中。

R₄((k₁-1)M+k₃,(k₂-1)M+k₄)＝c(k₁,k₂,k₃,k₄)

即矩陣的第(k₁-1)M+k₃行，第(k₂-1)M+k₄列的元素為c(k₁,k₂,k₃,k₄)。

考慮利用主動陣列發(fā)射N個信號，其中存在相干信號。接收端是由M個以d為間距等距排列的傳感器組成的垂直陣列，陣元通道之間相互獨立。環(huán)境中存在獨立于信號的譜未知的高斯噪聲。則陣列接收數(shù)據(jù)的數(shù)學模型定義為：

X＝AS+N

其中，X為陣列接收數(shù)據(jù)，A為空間陣列的導向矢量矩陣，S為原始空間信號，N為噪聲數(shù)據(jù)。

結合上式的定義，接收數(shù)據(jù)的四階累積量矩陣可以表示為：

即：

C_X＝B(θ)C_SB^H(θ)+C_N

其中，