[發明專利]一種基于空間時頻分布的水下多徑信號參數估計方法

有效

• 申請號: 202010530393.2
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111665469B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 劉妹琴;韓學艷;張森林;鄭榮濠;吳爭光
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S3/802
• 分類號: G01S3/802;G01S5/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種基于空間時頻分布的水下多徑信號參數估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)：在t時刻，使用由M個全向陣元組成的均勻線陣接收水下多徑信號，獲得t時刻的陣列輸出向量Y(t)＝[y₁(t) y₂(t)…y_M(t)]^T，其中，y_m(t)表示第m個陣元的輸出；

步驟(2)：采用平滑偽魏格納分布求解陣列輸出向量Y(t)的空間時頻分布矩陣D_YY(t,f)；

步驟(3)：針對D_YY(t,f)中的每個采樣時間切片設置一個噪聲閾值，濾除時頻平面上的所有噪聲時頻點，將經噪聲閾值選擇后的時頻點保存至集合Ω；

步驟(4)：針對D_YY(t,f)進行預白化處理，得到白化空間時頻分布矩陣根據設計篩選準則，從集合Ω中篩選出自源時頻點，保存至集合Ω_A；

步驟(5)：將集合Ω_A內的所有自源時頻點對應的空間時頻分布矩陣組成三階張量L表示集合Ω_A內自源時頻點的數量；然后將三階張量P轉化成一個擴展的二維空間時頻分布矩陣并通過對矩陣R進行奇異值分解，求解矩陣R的秩，得出信號源的數目N；

步驟(6)：脊線檢測：采用前向搜索和后向搜索提取每一條多徑信號對應的時頻脊線，獲得每一條脊線包含的自源時頻點、自源時頻點數目、自源時頻點對應的瞬時頻率；

步驟(7)：根據脊線檢測的結果實現多徑信號瞬時頻率和方位的估計。

2.根據權利要求1所述的基于空間時頻分布的水下多徑信號參數估計方法，其特征在于所述的步驟(1)具體為：

在t時刻，第m個陣元的輸出y_m(t)表示為：

其中，a_k,n表示第k個信源的第n條多徑信號對應的衰減因子；Δf_k,n表示多普勒頻移；Δt_k,n表示傳播延遲；τ_k,n表示第m個陣元相對于參考陣元的接收延遲；c是聲波在水中的傳播速度；n_m(t)是第m個陣元接收到的平穩零均值加性高斯白噪聲；s_m(t)是第m個陣元接收到的多徑信號；K是遠場窄帶信源的數量；N_k表示第k個信源對應的多徑信號的數目；是第k個信源對應的中心頻率；

陣列輸出向量Y(t)表示為：

Y(t)＝[y₁(t) y₂(t)…y_M(t)]^T

＝A(Θ)ΓBS(t)+N(t)

其中，A(Θ)表示陣列的方向矩陣，Γ和B表示對角矩陣，S(t)為t時刻的信號源矢量，T表示矩陣的轉置，N(t)為陣列的噪聲矢量。

3.根據權利要求1所述的基于空間時頻分布的水下多徑信號參數估計方法，其特征在于所述的步驟(2)具體為：

將陣列輸出向量Y(t)進行平滑偽魏格納變換，得到空間時頻分布矩陣D_YY(t,f)，表示為：

D_YY(t,f)＝ΨD_SS(t,f)Ψ^H+δ²I_M

其中，t和f分別表示時間和頻率的索引，(t,f)表示時頻點，每一個時頻點對應一個M*M維的空間時頻分布矩陣D_YY(t,f)；Ψ＝A(Θ)ΓB，A(Θ)表示陣列的方向矩陣，Γ和B表示對角矩陣；(·)^H表示向量的復共軛轉置，δ²為白噪聲方差，I_M表示單位矩陣；D_SS(t,f)是多徑信號的時頻分布矩陣，表示為：

對角線元素表示多徑信號的自源時頻分布矩陣，非對角線元素表示為互源時頻分布矩陣。