[發(fā)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

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• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111273219A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 寧更新;張書嘉;楊萃;李杰;陳芳炯
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G01S3/802
• 分類號: G01S3/802
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔣劍明

本發(fā)明公開了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，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(shù)據(jù)模型，并對該數(shù)據(jù)模型進行重構(gòu)；S2、對重構(gòu)矩陣中的導(dǎo)向向量矩陣進行擴展，獲得數(shù)據(jù)擴展矩陣；S3、利用數(shù)據(jù)擴展矩陣求出均勻線陣對應(yīng)的特征值參數(shù)；S4、基于特征值參數(shù)求解混合信號的一維波達方向估計值，并對結(jié)果區(qū)分，得到圓與非圓信號各自對應(yīng)的波達方向估計值。本發(fā)明將圓與非圓信號一起處理，通過對混合信號中的導(dǎo)向向量矩陣進行擴展，從而增加處理信號的個數(shù)并在結(jié)果中利用該擴展特性識別出圓與非圓信號分別對應(yīng)的波達方向估計值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及目標(biāo)定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及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。

背景技術(shù)

水下空間的波達方向(簡稱：DOA)估計問題是陣列信號處理所研究的一類重要問題，它通過使用陣列來接收和處理各種不同的空間信號，從而獲得空間信號中的特征信息。

目前，水下波達方向估計的空間信號主要分為兩類：圓信號與非圓信號。其中基于圓信號的頻譜利用率高和抗噪聲能力強等優(yōu)點，其DOA算法被廣泛使用，但該類聲波信號在水下傳播時會出現(xiàn)信號衰減問題。基于非圓信號的DOA算法便是上述問題的解決方案之一，通過利用非圓信號偽協(xié)方差矩陣不為零的特點來虛擬擴展陣列，從而增加可檢測的信號數(shù)并有效抑制信號衰減。但非圓信號在接收過程中易受噪聲干擾，導(dǎo)致其算法估計精度降低。為了彌補現(xiàn)有上述算法所存在的缺陷，目前現(xiàn)有技術(shù)中已有提出采用基于圓與非圓信號的DOA估計方法，該類基于圓與非圓信號的DOA估計方法既能夠有效抑制干擾同時也能夠增加處理多于陣列個數(shù)的信源個數(shù)。此外，在實際情況中圓與非圓信號往往是共存的，因此基于圓與非圓混合信號的波達方向估計算法具有更為廣闊的應(yīng)用前景。

目前針對圓與非圓混合信號的波達方向估計方法，多采用入射信號分開估計的方式，如專利申請201510740103.6。這種方式雖然能夠有效提高對信號DOA估計的分辨能力，但是對分離信號處理時需要反復(fù)構(gòu)造協(xié)方差矩陣并多次進行奇異值分解，因此大大增加算法的復(fù)雜度。此外，由于在該方法中使用ESPRIT算法，因此得到的結(jié)果往往是無序的，無法區(qū)分出圓與非圓信號各自對應(yīng)的波達方向值，使得該類估計方法的實用性大大降低。

針對上述算法所存在的缺陷，目前亟待提出一種基于圓與非圓混合信號的水下一維DOA估計方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供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，該方法將圓與非圓信號一起處理，通過對混合信號中的導(dǎo)向向量矩陣進行擴展，從而增加處理信號的個數(shù)并在結(jié)果中利用該擴展特性識別出圓與非圓信號分別對應(yīng)的波達方向估計值。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：

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，包含以下步驟：

S1、建立水下一維均勻線陣的陣列信號接收數(shù)據(jù)模型，并對該數(shù)據(jù)模型進行重構(gòu)。

S2、對重構(gòu)矩陣中的導(dǎo)向向量矩陣進行擴展，獲得數(shù)據(jù)擴展矩陣。

S3、利用數(shù)據(jù)擴展矩陣求出均勻線陣對應(yīng)的特征值參數(shù)。

S4、基于特征值參數(shù)求解混合信號的一維波達方向估計值，并對結(jié)果區(qū)分，得到圓與非圓信號各自對應(yīng)的波達方向估計值。

進一步地，所述的步驟S1中的均勻線陣由M個接收陣元組成，且各陣元間距均為d。設(shè)定目標(biāo)信號的個數(shù)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(shù)，其中心頻率均為f，對應(yīng)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。