基于目標(biāo)空間稀疏性的高分辨聲吶定位方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)一種基于目標(biāo)空間稀疏性的高分辨聲吶定位方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中陣列孔徑有限造成的空間分辨率不足、信號(hào)源相干造成的目標(biāo)位置估計(jì)不準(zhǔn)以及子空間分解類算法計(jì)算量大和數(shù)據(jù)量大的問(wèn)題。本發(fā)明專利技術(shù)充分利用了空間目標(biāo)稀疏性的先驗(yàn)信息，通過(guò)匹配濾波獲得大信噪比的數(shù)據(jù)，構(gòu)建空間譜向量到行列合成數(shù)據(jù)向量的投影矩陣，通過(guò)迭代計(jì)算獲得高分辨的空間譜向量，最后對(duì)空間譜向量進(jìn)行峰值檢測(cè)，利用得到的峰值元素索引值通過(guò)計(jì)算得到目標(biāo)的方位角和俯仰角，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位。本發(fā)明專利技術(shù)所需的數(shù)據(jù)量小，迭代過(guò)程計(jì)算量小，適合于硬件實(shí)現(xiàn)，測(cè)角精度較高，空間分辨率有顯著地提高。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于通信
，更進(jìn)一步涉及陣列信號(hào)處理領(lǐng)域中一種。本專利技術(shù)可以有效解決聲吶換能器陣列孔徑有限，造成的空間分辨率不足的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高分辨聲吶目標(biāo)定位。
技術(shù)介紹
由于高頻電磁波在水中傳播時(shí)的能量隨著頻率的升高急劇衰減，使得低頻的聲波成為水下環(huán)境信息傳遞的有效載體，所以聲吶技術(shù)的應(yīng)用及研究得到廣泛的關(guān)注。其中利用聲吶基陣進(jìn)行目標(biāo)定位是聲吶技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)主要方面。目前，聲吶目標(biāo)定位技術(shù)主要有多波束形成法和子空間方法兩種。第一種，多波束形成法。例如，曹慧瓊，王英民，李娜論文“一種改進(jìn)的三波束測(cè)向方法，，(《電聲基礎(chǔ)》2009，33 (8):42-44)中公開(kāi)一種三波束測(cè)向方法，該方法是對(duì)采集的所有通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行多波束形成，利用三個(gè)較大的波束形成輸出值，通過(guò)二次擬合得到一條二次曲線，通過(guò)尋找該二次曲線的峰值對(duì)目標(biāo)定位，雖然該方法能夠準(zhǔn)確進(jìn)行目標(biāo)定位，但是仍然存在的不足是，該方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的同時(shí)定位。第二種，子空間方法。中國(guó)人民解放軍空軍裝備研究院雷達(dá)域電子對(duì)抗研究所提出的專利申請(qǐng)“適用于非平穩(wěn)噪聲背景下相干信源的測(cè)向方法”(申請(qǐng)?zhí)?200610113172.5，公開(kāi)號(hào):101150345A)中公開(kāi)了一種基于子空間分解的高分辨目標(biāo)測(cè)向方法。該方法通過(guò)子陣平滑來(lái)克服信號(hào)源的相干性，通過(guò)對(duì)獲得的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解來(lái)獲得信號(hào)子空間和噪聲子空間，然后在信號(hào)子空間形成空間譜，通過(guò)對(duì)空間譜進(jìn)行譜峰搜索來(lái)對(duì)目標(biāo)定向，但是仍然存在的不足是，該方法減小了陣列孔徑，造成了空間分辨率下降，同時(shí)該方法需要采集大量的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)協(xié)方差矩陣，需要的數(shù)據(jù)量較大大，并且該方法中特征分解計(jì)算量較大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種。本專利技術(shù)對(duì)聲吶基陣各通道峰值信噪比數(shù)據(jù)，按照基陣陣元的排列方式進(jìn)行行列合成，構(gòu)建空間譜向量到行列合成數(shù)據(jù)向量的投影矩陣，通過(guò)迭代優(yōu)化一個(gè)代價(jià)函數(shù)獲得高分辨空間譜向量，對(duì)空間譜向量進(jìn)行峰值檢測(cè)獲得目標(biāo)的方位俯仰角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位。本專利技術(shù)的具體實(shí)施步驟如下:(I)采集陣列各通道接收的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到系統(tǒng)內(nèi)存中；⑵匹配濾波2a)采用匹配濾波公式，對(duì)采集的每個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配濾波； 2b)對(duì)每個(gè)通道匹配濾波后數(shù)據(jù)取最大值； ⑶行列合成3a)將步驟2b)中獲得的所有數(shù)據(jù)最大值按照各自通道對(duì)應(yīng)陣元的位置在二維平面重新排列，得到一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣如下:本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于目標(biāo)空間稀疏性的高分辨聲吶定位方法，包括如下步驟：(1)采集陣列各通道接收的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到系統(tǒng)內(nèi)存中；(2)匹配濾波2a)采用匹配濾波公式，對(duì)采集的每個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配濾波；2b)對(duì)每個(gè)通道匹配濾波后數(shù)據(jù)取最大值；(3)行列合成3a)將步驟2b)中獲得的所有數(shù)據(jù)最大值按照各自通道對(duì)應(yīng)陣元的位置在二維平面重新排列，得到一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣如下： 0 M 5 0 M 2 M 3 M 4 0 M 1 0 其中，0表示零矩陣，M1、M2、M3、M4和M5分別表示五個(gè)矩陣；3b)依次抽取矩陣M2、M3和M4中的列向量，將抽取出的列向量重新排列組成一個(gè)矩陣，將該矩陣的所有行向量相加得行合成數(shù)據(jù)向量R；3c)依次抽取矩陣M1、M3和M5中的行向量，將抽取出的行向量重新排列組成一個(gè)矩陣，將該矩陣的所有列向量相加得列合成數(shù)據(jù)向量C；(4)構(gòu)建投影矩陣4a)按照下式計(jì)算方位維空間譜向量到行合成數(shù)據(jù)向量的投影矩陣元素： A ( r , c ) = e j 2 π N ( r - 1 ) ( c - 1 ) 其中，A(r，c)表示方位維空間譜向量到行合成數(shù)據(jù)向量的投影矩陣中第r行第c列的元素，0＜r＜L，L表示步驟3b)中所述的行合成數(shù)據(jù)向量的維數(shù)，N表示方位維空間譜向量的維數(shù)，j表示虛數(shù)單位；4b)將步驟4a)獲得的元素按照行列位置排列，構(gòu)成方位維空間譜向量到行合成 數(shù)據(jù)向量的投影矩陣；4c)按照下式計(jì)算俯仰維空間譜向量到列合成數(shù)據(jù)向量的投影矩陣元素： B ( h , l ) = e j 2 π K ( h - 1 ) ( l - 1 ) 其中，B(h，l)表示俯仰維空間譜向量到列合成數(shù)據(jù)向量的投影矩陣中第h行第l列的元素，0＜h＜D，D表示步驟3c)中所述的列合成數(shù)據(jù)向量的維數(shù)，K表示俯仰維空間譜向量的維數(shù)，j表示虛數(shù)單位；4d)將步驟4c)中獲得的元素按照行列位置排列，構(gòu)成俯仰維空間譜向量到列合成數(shù)據(jù)向量的投影矩陣；(5)獲得空間譜向量5a)通過(guò)求解下式，獲得方位維空間譜向量： min α { | α | p + ζ | R - Aα | } 其中，α表示方位維空間譜向量，||p表示求向量的p范數(shù)，ζ表示由...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于目標(biāo)空間稀疏性的高分辨聲吶定位方法，包括如下步驟: (1)采集陣列各通道接收的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到系統(tǒng)內(nèi)存中； (2)匹配濾波 2a)采用匹配濾波公式，對(duì)采集的每個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配濾波； 2b)對(duì)每個(gè)通道匹配濾波后數(shù)據(jù)取最大值； (3)行列合成 3a)將步驟2b)中獲得的所有數(shù)據(jù)最大值按照各自通道對(duì)應(yīng)陣元的位置在二維平面重新排列，得到一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣如下:2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于目標(biāo)空間稀疏性的高分辨聲吶定位方法，其特征在于:步驟2a)中所述的匹配濾波公式如下: xm (t) = FT-1 [em....

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙光輝，李雅祥，沈方芳，石光明，金冬陽(yáng)，陳超，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：陜西;61