[發明專利]一種基于主動虛擬時反方法的水下目標DOA估計方法

在審

• 申請號: 201810984189.0
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN108845309A
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 王海燕;荊海霞;申曉紅;劉鄭國;張之琛;劉鐳;賈天一;常娟
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S13/00
• 分類號: G01S13/00;G01S13/06
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

1.一種基于主動虛擬時反方法的水下目標DOA估計方法，其特征在于包括下述步驟：

第一步，水聽器的均勻線列陣中，位于k陣元的探測聲源發射信號f(t)，發射聲源與目標之間的信道傳輸函數式中N表示聲線總數，c_kn、τ_kn分別表示第k個陣元和目標之間第n條本征聲線對應的衰減幅度和時延，δ表示沖激函數；

第二步，目標接收到信號并進行反射；

第三步，均勻線列陣各陣元接收信號，第j個陣元接收到的信號

式中，h_j(t)表示目標與第j個陣元之間的信道函數，v_j(t)表示第j個陣元和目標之間的噪聲，c_jm、τ_jm分別表示目標和第j個陣元之間的第m條路徑對應的衰減幅度和時延，M表示路徑總數；

設發射信號其中s(t)表示發射信號包絡，ω_c表示發射信號的角頻率，結合陣列信號處理的遠場窄帶模型理論，并將第j個陣元接收信號推廣到各個陣元，表示成矩陣形式有Y(t)＝(C⊙A)DX_kF(t)+V(t)，其中，符號“⊙”表示哈達瑪積(又稱基本積)，Y(t)＝[y₁(t),…,y_P(t)]^T表示的均勻線列陣的1～P個陣元接收到的信號；C為P×M矩陣，表示目標和水聽器陣各陣元的信道響應函數對應的衰減幅度矩陣，其元素c_jm表示目標經過第m條路徑到達第j個陣元的衰減幅度；A為P×M矩陣，表示相對首陣元的時延矩陣，式中λ表示水聽器陣的信號波長，θ_M表示目標通過各條路徑相對水聽器陣陣元的角度；表示的是目標到陣列1的時延矩陣，τ_1m表示的是目標到達陣元1的第m條徑的時延；可認為是從k陣元發射的信號經過信道到達目標的接收信號矩陣；稱為發射矩陣；V(t)表示噪聲矩陣。

第四步，采用濾波器進行濾波后，將陣列各陣元接收信號在計算機中實現虛擬時反，第j個陣元的時反信號其中，

第五步，將時反信號進行歸一化處理后，作為二次發射信號在計算機中虛擬重新發射到信道中；

第六步，第j個陣元時虛擬反發射后陣列接收信號Z_j(t)＝(C⊙A^*)D^*X_j^*y_j(-t)+V(t)，式中，X_j為j陣元發射的接收信號矩陣；

將陣列的第j個陣元時反發射情況推廣到所有陣元，得到時反后陣列的接收信號總和

第七步，對二次接收信號進行空間平滑，第i個子陣的信號矩陣

Ztr_i(t)＝[Ztr(i),Ztr(i+1),…,Ztr(i+ns-1)]^T；

其中，ns表示每一個子陣的陣元個數；

第八步，分別求取每個子陣的協方差矩陣R_Zi＝E{Ztr_i(t)Ztr_i(t)^H}；

取平均得到時反后的二次接收信號對應的空間平滑矩陣

第九步，計算基于ADVTR的Capon算法的空間譜函數a_trs(θ)表示空間平滑的ADVTR的Capon算法的導向矢量；

第十步，對空間譜函數進行譜峰搜索，以譜峰值作為目標的DOA估計值。