[發(fā)明專利]一種基于組稀疏的多線譜聯(lián)合DOA估計和聚類方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110392368.7
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113109760B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武其松;徐尤海
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01S3/802
• 分類號: G01S3/802;G06K9/62
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 王路

1.一種基于組稀疏的多線譜聯(lián)合DOA估計和聚類方法，其特征在于，包括：

步驟1，獲取均勻線陣(ULA)水聽器的陣元接收到的時域信號x_i(t)，i＝1,2,...,M，i為均勻線陣中陣元序號，M為均勻線陣中陣元數(shù)目；

步驟2，基于常規(guī)波束形成算法(CBF)粗略估計目標(biāo)方位為目標(biāo)信號波束能量最大時的引導(dǎo)角；步驟3，對步驟2中估計得到的目標(biāo)方位做跟蹤波束，得到波束形成后的陣列信號，并對陣列信號作FFT得到陣列信號的頻譜圖，在頻譜圖中搜索檢測出L根信噪比最大的線譜；

步驟4，計算L根線譜對應(yīng)的頻域值的協(xié)方差矩陣R(f_l)，計算L根線譜對應(yīng)的導(dǎo)向矢量矩陣D(f_l)，計算對應(yīng)的噪聲功率σ_n²；

步驟5，構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)通過添加l₁范數(shù)和l₂范數(shù)約束，將其轉(zhuǎn)化為壓縮感知的問題，聯(lián)合求解L根線譜的空間譜p的稀疏解，為協(xié)方差矩陣的估計值，I為單位矩陣，diag(·)為對角化函數(shù)；

步驟6，使用經(jīng)典層次聚類算法對聯(lián)合估計得到的L根線譜的空間譜進行聚類，將其分為來自目標(biāo)方位以及非目標(biāo)方位兩類。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于組稀疏的多線譜聯(lián)合DOA估計和聚類方法，其特征在于，所述步驟2包括：

步驟2.1，計算理想均勻線陣(ULA)在引導(dǎo)角θ_j下相鄰陣元時延τ_j：

其中j＝1,2,...,J+1，j為引導(dǎo)角序號，J+1為總引導(dǎo)角個數(shù)，引導(dǎo)角范圍為：0～180⁰，d為相鄰陣元間的距離，v是聲音在水中的傳播速度；

步驟2.2，對各陣元接收的陣列信號進行延時相加，得到目標(biāo)信號波束能量圖B[b(1),…,b(J+1)]，其中b(j)為：

其中，M表示均勻線陣水聽器的觀測陣列個數(shù)，τ_j表示陣元的時延；

步驟2.3，通過對波束能量圖的檢測搜索找到波束能量最大值位置時的引導(dǎo)角為目標(biāo)方位的粗估計

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于組稀疏的多線譜聯(lián)合DOA估計和聚類方法，其特征在于，所述步驟3包括：

步驟3.1，根據(jù)粗估計的目標(biāo)方位計算各陣元的時延估計

其中v是聲音在水中的傳播速度，d為相鄰陣元間的距離；

步驟3.2，將各陣元數(shù)據(jù)按時延估計與參考陣元對齊，將對齊后的陣元數(shù)據(jù)相干相加獲得目標(biāo)跟蹤波束g(t)：

參數(shù)M為均勻線陣中陣元數(shù)目；

步驟3.3，對g(t)進行傅里葉變換獲得目標(biāo)信號頻譜G(f)，同時利用滑動窗平滑技術(shù)估計目標(biāo)信號連續(xù)譜G_c(f)，在目標(biāo)信號頻譜G(f)中刪除連續(xù)譜G_c(f)的影響，獲得目標(biāo)信號的線譜G_line(f)：

G_line(f)＝G(f)-G_c(f)

獲得目標(biāo)的線譜G_line(f)之后，通過計算對應(yīng)頻率f處強線譜的信噪比，通過排序算法得到L根信噪比最大的強線譜，強線譜對應(yīng)頻率為