[發明專利]一種基于圓與非圓混合信號的一維水下波達方向估計方法

在審

• 申請號: 202010096510.9
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111273219A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 寧更新;張書嘉;楊萃;李杰;陳芳炯
• 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: 蔣劍明

1.一種基于圓與非圓混合信號的一維水下波達方向估計方法，其特征在于，所述的波達方向估計方法包括以下步驟：

S1、建立水下一維均勻線陣的陣列信號接收數據模型，并對該數據模型進行重構；

S2、對重構矩陣中的導向向量矩陣進行擴展，獲得數據擴展矩陣；

S3、利用數據擴展矩陣求出均勻線陣對應的特征值參數；

S4、基于特征值參數求解混合信號的一維波達方向估計值，并對結果區分，得到圓與非圓信號各自對應的波達方向估計值；

其中，所述的步驟S1過程如下：

假設水下一維均勻線陣由M個接收陣元組成，且各陣元間距均為d，設定目標信號的個數為K，且相互獨立，陣元接收到的K個源信號為s_i(l)，i＝1，2，3，…，K，l＝1，2…，L，l為快拍數，其中心頻率均為f，對應于水平線陣的方向角為θ_i，該s_i(l)中前K₁個為圓信號，后K₂個為非圓率為ρ，0＜ρ≤1的非圓信號，且K₁+K₂＝K；

將水下一維均勻線陣的接收信號表示為：

X(l)＝AS(l)+n(l)????公式(1)

其中，A是由入射角θ_i表示的M×K維導向向量矩陣，如下所示：

λ為聲波的波長，n(l)為M×K維的噪聲矩陣，S(l)是由s_i(l)組成的K×1維的信號矩陣，表示如下：

S(l)＝[s₁(l)，s₂(l)，…s_i(l)，…s_K(l)]^T????公式(3)

根據非圓信號的特性有r＝K₁+1，K₁+2，…，K，其中，s_r(l)為非圓信號，s_rR(l)表示為非圓信號的實部，為對應入射信號的非圓相位，公式(3)進一步表示如下：

其中為秩為K₁的單位矩陣，表示K₁×K₂維的零矩陣，表示為K₂×K₁維的零矩陣，

將公式(1)表示為：

對X(l)進行重構得到信號矩陣為Z(l)：

Z(l)＝B_xS_R(l)+n_x(l)????公式(6)

其中，(·)^*表示為矩陣的共軛。

2.根據權利要求1所述的一種基于圓與非圓混合信號的一維水下波達方向估計方法，其特征在于，所述的步驟S2過程如下：

對重構矩陣中的B_x進行擴展得

在上式中為K×(K+K₁)維的擴展矩陣，其中，H₁＝I_K，I_K表示為秩為K的單位陣，由此公式(7)所得結果具體如下：

其中，A₁為A的前K₁列組成的圓信號導向向量矩陣；

由上述擴展矩陣得擴展信號矩陣Z_w(l)：

其中，S_c(l)為S_R(l)前K₁行圓信號矢量，S_nc(l)為S_R(l)后K₂行非圓信號矢量；

對Z_w(l)構建協方差矩陣如下所示：

其中E[·]表示為矩陣的期望，[·]^H表示為矩陣的共軛轉置，R_S為的協方差矩陣，σ_x²為噪聲信號的方差，I_2M為秩為2M的單位陣，協方差矩陣的估計值通過多次采樣得到，因此在L次快拍數下，