[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

本發明提供了一種基于主動虛擬時反方法的水下目標DOA估計方法，水聽器的均勻線列陣中，探測聲源發射信號，目標接收到信號并進行反射；均勻線列陣各陣元接收信號，濾波后在計算機中實現虛擬時反，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；對二次接收信號進行空間平滑，分別求取每個子陣的協方差矩陣，計算基于ADVTR的Capon算法的空間譜函數并進行譜峰搜索，以譜峰值作為目標的DOA估計值。本發明降低了信號的能量衰減，提高了接收信號的信噪比，可直接推廣至2個及以上的目標。

技術領域

本發明涉及水聲多徑信道、主動虛擬時反和陣列信號處理領域，具體涉及一種水下目標DOA估計方法。

背景技術

目標的方位(direction of arrival,DOA)估計是目標參數估計中的一個重要內容。水下目標方位估計往往借鑒空中目標方位估計方法，結合陣列信號處理理論展開。無論空中還是水下，信號傳輸中一個不可避免的問題是信道的多徑效應。常規陣列信號處理DOA估計方法建立在直達波基礎上，忽略多徑或想辦法消除多徑的影響，把多徑看作是一個不利的因素，估計時只考慮目標到接收陣列之間的單向傳播信道，實現的是被動目標的方位估計。

近些年提出的時間反轉(time reversal，簡稱TR或時反)信號處理方法，則剛好相反，要充分利用信道中存在的多徑效應，根據時間反轉的自適應聚焦特性來消除信道中的多徑及介質不均勻等引起的信號傳播問題，這為實現水下目標的高精度波達方向估計提供了新思路和方法。

時反按實現方式一般分為主動時反(active time reversal，ATR)和被動時反(passive time reversal，PTR)兩種，二者最主要的區別在于：時間反轉鏡(time reversalmirror，TRM)在接收到目標反射信號以后，主動時反需將包含噪聲的接收信號重新發射到真實信道中完成聚焦，而被動時反則是在計算機中虛擬實現時反操作和完成聚焦。除此以外，還有文獻在被動時反的基礎上，提出了一種虛擬時反(virtual time reversal，VTR)方法，二者有一定的區別，但相同點是都需要在計算機中模擬時反操作，因此很多文獻經常對二者不加以區分。有文獻結合目標檢測方式，提出了一種基于主動檢測方式的虛擬時反(Active Detection on Virtual Time Reversal，ADVTR)目標檢測模型，采用主動的目標檢測方式，通過目標反射信號與聲源信號之間的相關性獲取信道特性，最后在陣元接收端進行TR處理并虛擬信號傳播過程。該方法的最大優勢在于僅需ATR中信號一半的傳播歷程，大大降低了信號的能量衰減，提高了檢測性能，且在保持處理增益與PTR相同的基礎上，理想地估計了海洋信道的特性，避免了PTR的逼近過程。

目前利用時間反轉進行DOA的研究，主要集中在ATR、PTR或VTR方法上，例如Foroohar和Amir的研究團隊，先后將主動時反、壓縮感知(compressed sensing，CS)或多輸入多輸出(multiple input multiple output，MIMO)等多種技術結合起來，基于陣列信號處理理論，研究了雷達領域的DOA估計問題，取得了一定的研究成果；付永慶等提出了一種虛擬時反DOA估計算法，將其應用于空間電磁輻射源的遠場窄帶信號源方位角的被動估計中，通過查找掃描區域中能量最大的點來確定輻射源的方位角。以上電磁波領域的方法對研究水下目標的DOA估計有一定的指導意義。