一種基于對角減載的水聲陣列Bartlett波束形成的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于水聲信號處理領域，具體涉及一種基于對角減載的水聲陣列Bartlett波束形成的方法。本發(fā)明通過數據采集得到M次獨立快拍的陣列信號，得到自相關矩陣；分別采集并計算各個通道有信號和無信號時的輸出功率，對所有通道計算結果取平均，得到有信號時的平均輸出功率和無信號時的平均輸出功率；計算得到最佳的減載系數λ；得到對角減載后的自相關矩陣；進行常規(guī)波束形成，得到對角減載后的波束形成結果。本發(fā)明提供了一種基于對角減載的水聲陣列Bartlett波束形成的方法，提高了陣列的輸出信噪比，計算簡單，適用于復雜的水聲信道環(huán)境中，工程上可廣泛應用于舷側聲吶等聲吶基陣陣元位置固定已知的水聲陣列。
【專利說明】—種基于對角減載的水聲陣列Bartlett波束形成的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于水聲信號處理領域,具體涉及一種基于對角減載的水聲陣列Bartlett波束形成的方法。
【背景技術】
[0002]波束形成是指將一定幾何形狀排列的多元基陣各陣元輸出經過處理形成空間指向性的方法，波束形成使得聲吶基陣能量集中，獲得陣列增益，得到抗噪聲及混響等的作用。由于波束形成技術在聲吶信號處理過程中的重要作用，多年來國內外學者一直致力于對其技術進行改進和完善，其中提高陣列增益和波束的主旁瓣比是要解決的核心問題。
[0003]在水聲信道中，由于信道的復雜性和低信噪比的影響，多重信號分類算法(MUSIC)(參見:Adaptivity to Background Noise Spatial Coherence for High ResolutionPassive Methods.((Proc.1CASSP)), 1980，1:307-310)和旋轉子空間不變算法(ESPRIT)(參見:ESPRIT-Estimation of Signal Parameters via Rotational InvarianceTechniques.《IEEE Trans.ASSP))，1989，37(7):984-995)等要求有較高信噪比的信號子空間類波束形成技術便不能發(fā)揮其作用，Bartlett波束形成技術目前仍然是水聲陣列信號處理的常用手段，并且在高斯白噪聲背景下，Bartlett是最佳波束形成器(參見=Bartlett波束形成的波束零限權設計，《哈爾濱工程大學學報》，2008,29(12):36-38 ；0n thePerformance of Energy Detection Using Bartlett’s Estimate for Spectrum Sensingin Cognitive Radio Systems.《IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING》，2012，60(7): 3394-3404),對角加載波束形成的方法(參見:Robust adaptive beamforming usingsequential quadratic programming:An iterative solution to the mismatch problem.((IEEE Signal Processing Letters〉〉，2008,15:733-736 ;0n robust Capon beamformingand diagonal loading.((IEEE Trans, on Signal Processing〉〉，2003，51 (7): 1702-1715)雖然能夠很好的抑制噪聲，然而當快拍數少和陣元位置存在誤差時，該方法的性能顯著下降，同時還存在加載量難以確定的問題。因而，研究一種既適用于水聲信道的復雜性和低信噪比的情況，又能改善以往研究方法不足之處的方法是有必要的。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對水聲陣列信號處理中受復雜的水聲信道和低信噪比影響的問題，提出了一種提高了陣列的輸出信噪比，減載量的選取簡單靈活的基于對角減載的水聲陣列Bartlett波束形成的方法。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006](1)通過數據采集得到M次獨立快拍的陣列信號X，為NXM維向量，由Rx = E[XXH]得到自相關矩陣Rx，為NXN維向量，N為水聽器陣列的陣元個數；
[0007](2)分別采集并計算各個通道有信號和無信號時的輸出功率，對所有通道計算結果取平均，得到有信號時的平均輸出功2 σ和無信號時的平均輸出功率σ?2;[0008](3)基于步驟(2)計算得到的有信號和無信號時的平均輸出功率，根據對陣列輸出增益或波束主旁瓣比的需求，計算得到最佳的減載系數入；
[0009](4)在步驟(1)中得到的自相關矩陣Rx的主對角線上乘以步驟(3)中求得的最佳減載系數，得到對角減載后的自相關矩陣rλx;
[0010](5)進行常規(guī)波束形成，
【權利要求】
1.一種基于對角減載的水聲陣列Bartlett波束形成的方法，其特征在于: (1)通過數據采集得到M次獨立快拍的陣列信號X，為NXM維向量，由Rx= E[XXh]得到自相關矩陣Rx，為NXN維向量，N為水聽器陣列的陣元個數； (2)分別采集并計算各個通道有信號和無信號時的輸出功率，對所有通道計算結果取平均，得到有信號時的平均輸出功率 <和無信號時的平均輸出功家(7 (3)基于步驟(2)計算得到的有信號和無信號時的平均輸出功率，根據對陣列輸出增益或波束主旁瓣比的需求，計算得到最佳的減載系數λ ； (4)在步驟(1)中得到的自相關矩陣Rx的主對角線上乘以步驟(3)中求得的最佳減載系數，得到對角減載后的自相關矩陣rλ/x ; (5)進行常規(guī)波束形成
2.根據權利要求1所述的一種基于對角減載的水聲陣列Bartlett波束形成的方法，其特征在于:所述的有信號時的平均輸出功率為
【文檔編號】G01S7/52GK103792528SQ201410047825
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月11日 優(yōu)先權日:2014年2月11日
【發(fā)明者】趙安邦, 惠娟, 宋雪晶, 周彬, 何呈, 趙智姍, 牛芳, 程越, 畢雪潔, 曾財高 申請人:哈爾濱工程大學