一种基于水平线阵的浅海阵列分组加权DOA估计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115825966A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211459256.X(22)申请日2022.11.16(71)申请人江苏科技大学地址212008江苏省镇江市梦溪路2号(72)发明人陆虹宇李晓曼陈鸿运(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243专利代理师邓道花(51)Int.Cl.G01S15/88(2006.01)G01S5/18(2006.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种基于水平线阵的浅海阵列分组加权DOA估计方法(57)摘要本发明属于水声信号处理分析领域，公开了一种基于水平线阵的浅海阵列分组加权DOA估计方法，具体为：在浅海波导中发射窄带脉冲声源，信号源经过浅海声道后在接收点得到接收信号，按照不同的阵元间隔对线阵进行拆分，将一组阵列拆为了许多组阵元间隔不同的阵列，分别利用每组阵列上接收到的数据，进行DOA估计，最后按照泰勒级数的方式将阵列对每组阵列估计的结果进行加权，得到最终的DOA估计值。在特征值分解完成后，对噪声子空间进行修正。本方法在阵列数的前提下，充分利用阵列数据，显著提高了DOA估计的精度。CN115825966ACN115825966A权利要求书1/1页1.一种基于水平线阵的浅海阵列分组加权DOA估计方法，其特征在于：所述浅海阵列分组加权DOA估计方法包括如下步骤：步骤1、在浅海波导中发射窄带脉冲声源S，浅海波导的海底条件为硬质均匀海底，所述窄带脉冲声源S的信号源经过浅海声道后在接收点得到接收信号X；步骤2、对步骤1的接收信号X按照阵元间隔进行阵列分组，得到各组阵列的接收数据表示为X1,X2,…,Xk，其中k为序号，k≥1；步骤3、求得步骤2中各组阵列的协方差矩阵，对所述协方差矩阵做特征值分解，得到信号子空间Us，噪声子空间Un，步骤4、对步骤3得到的噪声子空间Un进行修正，得到约束加权的子空间Cn；步骤5、按照MUSIC算法，利用步骤4修正后的噪声子空间Un求解各组信号的空间谱函数；步骤6、对各组求解出来的空间谱函数按照泰勒级数进行加权处理，得到最终的信号空间谱函数；步骤7、对空间谱函数进行谱峰搜索，谱峰对应的方向即为DOA估计值。2.根据权利要求1所述的一种基于水平线阵的浅海阵列分组加权DOA估计方法，其特征在于：所述步骤1中，所述窄带脉冲声源S的声源传播环境为浅海波导。3.根据权利要求2所述的一种基于水平线阵的浅海阵列分组加权DOA估计方法，其特征在于：所述窄带脉冲声源S的声源传播环境具体为：波导特征不在水平方向上发生变化，波导为水平分层的，且具有硬质均匀高声速海底，声源位置为海水中任意位置，接收为水平线阵接收，接收位置位于海水中任意位置。4.根据权利要求3所述的一种基于水平线阵的浅海阵列分组加权DOA估计方法，其特征在于：所述步骤2中，所述阵列分组按照相临阵元间隔不断增大的方式选取阵元。5.根据权利要求4所述的一种基于水平线阵的浅海阵列分组加权DOA估计方法，其特征在于：所述步骤5中各组信号的空间谱函数Pk‑MUSIC未式中A(θ)为阵列导向矩阵，Cn为约束加权噪声子空间，θ为角度。6.根据权利要求5所述的一种基于水平线阵的浅海阵列分组加权DOA估计方法，其特征在于：所述步骤6得到最终的信号空间谱函数PMUSCI为式中PMUSCI为最终空间谱函数，Pk‑MUSIC为各组空间谱函数，k＝1,2,…,n，(.)！表示阶乘。2CN115825966A说明书1/3页一种基于水平线阵的浅海阵列分组加权DOA估计方法技术领域[0001]本发明属于水声信号处理分析领域，具体的说是涉及一种于阵列分组加权子空间加权的DOA估计方法。背景技术[0002]波达方向(DOA)估计是目标参数估计中最关键的一个参数，在水下目标定位、水下通信、海洋资源勘测、海洋考古等领域发挥着重要作用。水声通信技术的发展，水声阵列信号DOA估计技术已经成为对水声目标进行识别、定位、跟踪和探测等研究的先决条件。但是相比于空域电磁信道，水声信道无比复杂，传统空域DOA算法无法在水声阵列DOA估计当中保证其良好的效果，具有较大的局限性。发明内容[0003]为了解决现有技术中DOA算法在水声阵列DOA估计精度差、速度慢的技术缺陷，本发明提供了一种最大限度阵元数据的、操作方便且计算速度快的、适用于浅海波导中窄带脉冲的高精度DOA估计方法。[0004]为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：[0005]本发明是一种基于水平线阵的浅海阵列分组加权DOA估计方法，包括如下步骤：[0006]步骤a，在浅海波导中发射窄带脉冲声源S，浅海波导的海底条件为硬质均匀海底，信号源经过浅海声道后在接