專利名稱：基于目標(biāo)空間稀疏性的高分辨聲吶定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及陣列信號(hào)處理領(lǐng)域中一種基于目標(biāo)空間稀疏性的高分辨聲吶定位方法。本發(fā)明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題，實(shí)現(xiàn)高分辨聲吶目標(biāo)定位。
背景技術(shù)：
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，通過二次擬合得到一條二次曲線，通過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，公開號(hào):101150345A)中公開了一種基于子空間分解的高分辨目標(biāo)測(cè)向方法。該方法通過子陣平滑來克服信號(hào)源的相干性，通過對(duì)獲得的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解來獲得信號(hào)子空間和噪聲子空間，然后在信號(hào)子空間形成空間譜，通過對(duì)空間譜進(jìn)行譜峰搜索來對(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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于目標(biāo)空間稀疏性的高分辨聲吶定位方法。本發(fā)明對(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。本發(fā)明的具體實(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:
權(quán)利要求
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.s*] 其中，xm(t)表示第m個(gè)通道匹配濾波后的數(shù)據(jù)，t表示時(shí)域采樣點(diǎn)，F(xiàn)T—1表示逆傅里葉變換，em表示第m個(gè)通道數(shù)據(jù)的頻譜，s表示已知的參考信號(hào)頻譜，*表示取共軛，.表示向量相乘。
3.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:步驟出)中所述的閾值比較法是:對(duì)空間譜向量求一階差分獲得差分向量；找到差分向量的過零點(diǎn)并記錄過零點(diǎn)索引值；將空間譜向量最大元素值的一半設(shè)置為閾值；空間譜向量過零點(diǎn)索引值處的元素中值大于閾值的元素即為峰值元素，峰值元素對(duì)應(yīng)的索引值即為空間譜向量的峰值元素索引值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于目標(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)量大的問題。本發(fā)明充分利用了空間目標(biāo)稀疏性的先驗(yàn)信息，通過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)明所需的數(shù)據(jù)量小，迭代過程計(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。
文檔編號(hào)G01S15/06GK103116162SQ201210596469
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者趙光輝, 李雅祥, 沈方芳, 石光明, 金冬陽, 陳超 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)