[發明專利]一種聲矢量傳感器幅度加權MUSIC測向方法

有效

• 申請號: 201810164749.8
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108469599B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 柳艾飛;楊德森;時勝國;朱中銳
• 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

1.一種聲矢量傳感器幅度加權MUSIC測向方法，其特征在于：所述的聲矢量傳感器由聲壓傳感器和三個振速傳感器空間共點組成，其中，三個振速傳感器成空間軸向垂直；聲矢量傳感器空間共點同時測量聲壓及x、y、z方向的三個振速分量，聲矢量傳感器在海洋環境噪聲場中接收K個遠場目標信號，K≤2，設其中，分別為聲壓傳感器和三個振速傳感器接收到的海洋環境噪聲功率；

所述的一種聲矢量傳感器幅度加權MUSIC測向方法的具體實現步驟包括：

(1)聲矢量傳感器輸出N個快拍數據r(n)，其中r(n)是一個M×1的向量，M＝4,n＝1,…,N；

(2)根據N個快拍數據估計協方差矩陣

(3)初始化迭代次數l、幅度加權矩陣代價函數值

(4)利用補償協方差矩陣中聲壓通道和振速通道所接收的海洋環境噪聲功率不一致性，得到

(5)根據估計第l次迭代的目標角度分別為第l次迭代中第i個目標的方位角估計值和俯仰角估計值；

(6)利用目標角度估計值估計第l+1次迭代時的幅度加權矩陣

(6.1)設計算

(6.2)對R_ps進行特征值分解其中，α_m是特征值，按降序排列，v_m是特征向量；

(6.3)通過搜索下面代價函數的最小值，得到第l+1次的估計值：

(6.4)估計第l+1次迭代的幅度加權矩陣為：

(7)設置迭代過程終止條件，若終止條件不滿足，則l＝l+1，迭代跳轉到步驟(4)重新執行；若終止條件滿足，則迭代終止，目標角度估計值為

計算第l+1次迭代的代價函數值

若或者l＜L，則不滿足終止條件；否則，滿足終止條件；

其中，ε為給定的門限，L為給定的迭代次數。

2.根據權利要求1所述的一種聲矢量傳感器幅度加權MUSIC測向方法，其特征在于，所述的步驟(3)的具體實現步驟包括：

(3.1)初始化迭代次數l＝0；

(3.2)分析接收信號的頻譜或根據海洋環境噪聲場的已知信息，得到的初始估計值為

(3.3)計算初始信號幅度加權矩陣為：

(3.4)設為一任意大數。

3.根據權利要求1所述的一種聲矢量傳感器幅度加權MUSIC測向方法，其特征在于，所述的步驟(5)的具體實現步驟包括：

(5.1)對進行特征值分解其中是特征值，按降序排列，是特征向量；

(5.2)構造噪聲子空間

(5.3)通過搜索下面空間譜的譜峰位置，估計目標角度：

其中，u(θ，φ)＝[1，cos(θ)cos(φ)，sin(θ)cos(φ)，sin(φ)]^T是聲矢量傳感器在(θ，φ)角度的導向矢量，θ∈[-π,π]是搜索方位角，φ∈[-π/2,π/2]是搜索俯仰角。

4.根據權利要求1所述的一種聲矢量傳感器幅度加權MUSIC測向方法，其特征在于：所述的步驟(6)中，在各向同性噪聲場條件下，此時，只需估計如下：

當有兩個振速傳感器接收的海洋環境噪聲功率相等時，不失一般性，設此時，只需估計和如下：

5.根據權利要求1所述的一種聲矢量傳感器幅度加權MUSIC測向方法，其特征在于：當聲矢量傳感器由聲壓傳感器和在水平面內相互正交的二維振速傳感器空間共點組合而成時，M＝3，u(θ，φ)＝[1，cos(θ)cos(φ)，sin(θ)cos(φ)]^T。

6.根據權利要求1所述的一種聲矢量傳感器幅度加權MUSIC測向方法，其特征在于：

當探測目標的俯仰角已知時，通過搜索下面空間譜的譜峰位置，估計目標的方位角度：

當探測目標的方位角已知時，通過搜索下面空間譜的譜峰位置，估計目標的俯仰角度：