[發(fā)明專利]一種聲矢量傳感器幅度加權(quán)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(shè)計(jì)）人: 柳艾飛;楊德森;時(shí)勝國;朱中銳
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 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(fā)明公開了一種聲矢量傳感器幅度加權(quán)MUSIC測向方法，屬于傳感器信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為利用單個(gè)聲矢量傳感器對處于海洋環(huán)境噪聲場中的目標(biāo)測向。本方法通過聲矢量傳感器實(shí)現(xiàn)，所述的聲矢量傳感器由聲壓傳感器和三個(gè)振速傳感器空間共點(diǎn)組成，同時(shí)測量聲壓及x、y、z方向的三個(gè)振速分量。本發(fā)明聯(lián)合估計(jì)目標(biāo)角度和聲壓通道與振速通道的環(huán)境噪聲功率，補(bǔ)償?shù)袅寺晧汉驼袼偻ǖ拉h(huán)境噪聲功率的不一致性，保證了在低信噪比條件下，此測向方法仍具有較高的估計(jì)精度和分辨力。同時(shí)解決了已有MUSIC測向技術(shù)在海洋環(huán)境噪聲場中應(yīng)用時(shí)旁瓣高、主瓣胖、無法分辨兩個(gè)目標(biāo)的難題，可有效用于解決海洋環(huán)境噪聲場中對弱目標(biāo)以及雙目標(biāo)的被動(dòng)測向問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聲矢量傳感器幅度加權(quán)MUSIC測向方法。

背景技術(shù)

聲矢量傳感器可同時(shí)獲得聲場的聲壓和振速信息，為水下目標(biāo)測向提供了更有利的工具和更多信息。MUSIC測向技術(shù)是一種超分辨測向技術(shù)，MUSIC技術(shù)最初是在無線電測向應(yīng)用中提出。

近幾年，MUSIC技術(shù)拓展到了單個(gè)聲矢量傳感器水下目標(biāo)的測向應(yīng)用中，當(dāng)聲矢量傳感器在水下應(yīng)用時(shí)，海洋環(huán)境噪聲是主要的噪聲源，然而聲壓通道和振速通道所接收的海洋環(huán)境噪聲功率并不相等。

目前已有的MUSIC測向技術(shù)在單個(gè)聲矢量傳感器測向中應(yīng)用時(shí)，沒有考慮聲矢量傳感器的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，導(dǎo)致MUSIC測向技術(shù)在水下目標(biāo)探測中無法得到應(yīng)有的高精度估計(jì)。

本發(fā)明提出了一種聲矢量傳感器幅度加權(quán)MUSIC測向方法，該方法可消除聲壓通道和振速通道的海洋環(huán)境噪聲功率不一致性，在低信噪比時(shí)仍舊有較高的角度分辨力，同時(shí)可以分辨兩個(gè)目標(biāo)的角度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種消除聲壓通道和振速通道的海洋環(huán)境噪聲功率不一致性、提高低信噪比時(shí)的角度分辨力以及能夠分辨目標(biāo)的角度的聲矢量傳感器幅度加權(quán)MUSIC測向方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明公開了一種聲矢量傳感器幅度加權(quán)MUSIC測向方法，所述的聲矢量傳感器由聲壓傳感器和三個(gè)振速傳感器空間共點(diǎn)組成，其中，三個(gè)振速傳感器成空間軸向垂直；聲矢量傳感器空間共點(diǎn)同時(shí)測量聲壓及x、y、z方向的三個(gè)振速分量，聲矢量傳感器在海洋環(huán)境噪聲場中接收K(K≤2)個(gè)遠(yuǎn)場目標(biāo)信號，設(shè)其中，分別為聲壓傳感器和三個(gè)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(quán)MUSIC測向方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟包括：

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

(2)根據(jù)N個(gè)快拍數(shù)據(jù)估計(jì)協(xié)方差矩陣

(3)初始化迭代次數(shù)l、幅度加權(quán)矩陣代價(jià)函數(shù)值

(4)利用補(bǔ)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(jì)第l次迭代的目標(biāo)角度

(6)利用目標(biāo)角度估計(jì)值估計(jì)第l+1次迭代時(shí)的幅度加權(quán)矩陣

(7)設(shè)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(zhuǎn)到步驟四重新執(zhí)行；若終止條件滿足，則迭代終止，目標(biāo)角度估計(jì)值為

對于一種聲矢量傳感器幅度加權(quán)MUSIC測向方法，所述的步驟(3)的具體實(shí)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(jì)值為

(3.3)計(jì)算初始信號幅度加權(quán)矩陣為：