[發(fā)明專利]一種聲矢量傳感器幅度加權MUSIC測向方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810164749.8
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108469599B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)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(huán)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(huán)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(xiàn)步驟包括：

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

(2)根據(jù)N個快拍數(shù)據(jù)估計協(xié)方差矩陣

(3)初始化迭代次數(shù)l、幅度加權矩陣代價函數(shù)值

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

(5)根據(jù)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(shù)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(zhí)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(shù)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(shù)。

2.根據(jù)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(xiàn)步驟包括：

(3.1)初始化迭代次數(shù)l＝0；

(3.2)分析接收信號的頻譜或根據(jù)海洋環(huán)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(shù)。

3.根據(jù)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(xiàn)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(jù)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(huán)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(jù)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(nèi)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(jù)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：