[發(fā)明專利]基于夾角可調非均勻線陣的水下波達方向估計方法與裝置

有效

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• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108519576B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設計）人: 寧更新;李曉鵬
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01S3/802
• 分類號: G01S3/802
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發(fā)明公開了一種基于夾角可調非均勻線陣的水下波達方向估計方法與裝置，使用一個二維的夾角可調非均勻線陣作為接收陣列，分別對兩個線陣應用ESPRIT算法，然后根據兩線陣之間的角度關系，使最終結果與水下聲速無關，實現了對傳統ESPRIT算法的改進。同時由于采用夾角可調的線陣，可以改變兩線陣之間的夾角進行多次測量，從而更好地消除估計誤差。本發(fā)明結合了夾角可調線陣的優(yōu)點和非均勻線陣的優(yōu)點，估計精度高，具有較強的實用性。

技術領域

本發(fā)明涉及目標定位的技術領域，特別涉及一種基于夾角可調非均勻線陣的水下波達方向估計方法與裝置。

背景技術

陣列信號處理技術在眾多領域已得到廣泛應用，而陣列信號處理的基本問題之一是空間信號波達方向估計(DOA估計)。而在水面放置傳感器陣列利用陣列信號處理技術來對水下目標物進行方位估計的方法就是水下DOA估計。現有的水下DOA估計方法主要有MUSIC算法和ESPRIT算法。它們同屬于特征子空間類算法，此類算法通過對陣列接收數據的數學分解(如奇異值分解、特征分解及QR分解等)，將接收數據劃分為兩個相互正交的子空間：一個與信號源的陣列流型空間一致的信號子空間和一個與信號子空間正交的噪聲子空間，它利用兩個子空間的正交性可以大大提高算法的分辨力。特征子空間類算法從處理方式上分為兩類：一類是以MUSIC算法為代表的噪聲子空間類算法；另一類是便以ESPRIT算法為代表的信號子空間類算法。傳統的DOA估計算法大都是基于均勻線陣，而在陣元個數相同的情況下，非均勻線陣能獲得比均勻線陣更大的孔徑，從而提高了分辨率，并且非均勻線陣測向精度高，抗模糊性強。此外，在實際環(huán)境中很難控制每兩個陣元之間的間距完全相等，所以非均勻線陣的結構特點給陣列的排布方式帶來了很大的靈活性。

目前基于非均勻線陣的水下波達方向估計方法研究中，多采用固定直角的正交線陣，同時在算法中都假定水下聲速為一個已知量，實際上水下環(huán)境十分復雜，聲速也是不斷變化的，因此使用固定夾角和固定聲速會降低估計精度。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于夾角可調非均勻線陣的水下波達方向估計方法，通過對兩個非均勻線陣的接收信號進行處理，在波達方向估計中消除聲速這個因子，從而消除水下聲速不確定性對目標定位精度的影響，非均勻線陣的使用也給陣列的排布方式帶來了很大的靈活性。同時由于兩均勻線陣夾角可變，在實際測量中可以改變夾角進行多次測量，更好地消除誤差。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于可調夾角非均勻線陣的水下波達方向估計裝置，該裝置可以設置多個不同的線陣夾角值進行測量。

本發(fā)明的目的通過以下的技術方案實現：

一種基于夾角可調非均勻線陣的水下波達方向估計方法，包括以下步驟：

S1、根據接收到的信號得出水平非均勻線陣的接收信號矩陣X(t)和傾斜非均勻線陣的接收信號矩陣Y(t)；

具體的：

窄帶目標聲源為S，中心頻率為f；在水中放置兩個夾角為α_n的非均勻線陣，一個水平方向的非均勻線陣和一個傾斜的非均勻線陣，分別設為x軸和y軸；聲波入射方向與水平非均勻線陣正軸方向的夾角為β,β∈(0,π)；兩個線陣夾角值為α_n,n＝1,2,...,N且α_n∈(0,π/2)；

兩非均勻線陣都有M個接收陣元；水平非均勻線陣第1個陣元到第m個陣元相對于原點O的位置分別為x₁,x₂,…,x_m,m＝1,2,…,M，水平非均勻線陣陣元的平均間距為傾斜非均勻線陣第一陣元到第m個陣元相對于原點O的位置分別為y₁,y₂,…,y_m,m＝1,2,…,M，傾斜非均勻線陣陣元的平均間距為