[發(fā)明專利]一種基于海底水平L型陣列的目標(biāo)方位和距離聯(lián)合稀疏重構(gòu)定位方法

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• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111679248A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋海巖
• 申請（專利權(quán)）人: 黑龍江工程學(xué)院
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

本發(fā)明是一種基于海底水平L型陣列的目標(biāo)方位和距離聯(lián)合稀疏重構(gòu)定位方法。所述方法在海底布放水平L型陣列，接收臨近海面附近多目標(biāo)發(fā)出的聲信號，獲得多個(gè)目標(biāo)的源矩陣；在目標(biāo)的方位和距離二維平面中，獲取關(guān)于目標(biāo)的稀疏源矩陣；獲得關(guān)于N元L型陣列接收信號的稀疏陣列矩陣；利用得到的稀疏陣列矩陣和歸一化后的稀疏源矩陣，重構(gòu)稀疏信號；采用范數(shù)正則法對重構(gòu)的稀疏信號進(jìn)行最優(yōu)化求解；通過空間譜的譜峰位置和強(qiáng)度，確定目標(biāo)的方位和距離信息，并判斷目標(biāo)功率的相對大小。本發(fā)明可以有效剝離減少多途干擾對目標(biāo)方位?距離聯(lián)合估計(jì)精度的影響，獲得無空間模糊的目標(biāo)定位結(jié)果，并可同時(shí)準(zhǔn)確獲得多目標(biāo)的位置信息和強(qiáng)度相對大小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海底信號定位檢測技術(shù)領(lǐng)域，是一種基于海底水平L型陣列的目標(biāo)方位和距離聯(lián)合稀疏重構(gòu)定位方法。

背景技術(shù)

在淺海環(huán)境下，聲信道包括海面、海底，聲傳播存在明顯的多途效應(yīng)，多途徑聲信號對于淺海目標(biāo)方位估計(jì)和定位等問題均是最為重要的干擾之一。對于淺海中近程目標(biāo)的聲學(xué)定位問題而言，多途效應(yīng)的存在會(huì)使定位譜圖中結(jié)果出現(xiàn)大量虛假的“偽峰”，無法準(zhǔn)確判斷真實(shí)目標(biāo)的位置，同時(shí)“偽峰”的存在還可能影響到對真實(shí)“弱目標(biāo)”所在位置的判斷，導(dǎo)致多目標(biāo)分辨結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤。

此外，常規(guī)CBF和MVDR等信號處理器在對同頻相干目標(biāo)的分辨上能力不足，常規(guī)CBF處理器可適用于相干目標(biāo)，但空間分辨率不高，無法對較近空間距離的目標(biāo)進(jìn)行分辨，而MVDR處理器雖然可提高分辨率，但無法直接適用于相干聲源(羅方方,生雪莉,梅繼丹,郭詠.基于MVDR高分辨算法的時(shí)反定位技術(shù)研究.哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010,31(7)：945-950)，使得以上兩種方法在實(shí)際適用中受到較大限制。

專利ZL201210162659.8適用于淺海多途環(huán)境的水下噪聲源高穩(wěn)健性聚焦定位方法，針對淺海環(huán)境下的信號處理問題，基于模型匹配的聲納被動(dòng)定位思想，對多途信號獲得了一定的抑制效果，但由于采用的是線列陣，其缺點(diǎn)是無法保證對目標(biāo)方位上全空間的“無模糊”定位。在淺海噪聲源聚焦定位方面，對淺海多途效應(yīng)的影響以及可行性方法的研究普遍集中于時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡方法(惠娟，胡丹，惠俊英等.聚焦波束形成聲圖測量原理研究.聲學(xué)學(xué)報(bào),2007，32(4)：356-361)，仍未出現(xiàn)利用稀疏信號重構(gòu)以獲得高精度方位-距離聯(lián)合估計(jì)的定位方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為有效的抑制“偽峰”的出現(xiàn)，便于對“弱目標(biāo)”的分辨，保證了多目標(biāo)定位和分辨的準(zhǔn)確性和有效性，本發(fā)明提供了一種基于海底水平L型陣列的目標(biāo)方位和距離聯(lián)合稀疏重構(gòu)定位方法，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種基于海底水平L型陣列的目標(biāo)方位和距離聯(lián)合稀疏重構(gòu)定位方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：在海底布放水平L型陣列，接收臨近海面附近多目標(biāo)發(fā)出的聲信號，獲得多個(gè)目標(biāo)的源矩陣；

步驟2：在目標(biāo)的方位和距離二維平面中，獲取關(guān)于目標(biāo)的稀疏源矩陣；

步驟3：獲得關(guān)于N元L型陣列接收信號的稀疏陣列矩陣；

步驟4：利用得到的稀疏陣列矩陣和歸一化后的稀疏源矩陣，重構(gòu)稀疏信號；

步驟5：采用范數(shù)正則法對重構(gòu)的稀疏信號進(jìn)行最優(yōu)化求解；

步驟6：獲得在目標(biāo)的方位和距離二維平面上包含目標(biāo)所在方位和距離信息的空間稀疏信號的波形估計(jì)結(jié)果，對波形估計(jì)結(jié)果進(jìn)行的功率計(jì)算，獲得方位和距離聯(lián)合空間譜估計(jì)結(jié)果；

步驟7：通過空間譜的譜峰位置和強(qiáng)度，確定目標(biāo)的方位和距離信息，并判斷目標(biāo)功率的相對大小。

優(yōu)選地，所述步驟1具體為：