[发明专利]水下运动阵列多目标检测和方位估计一体化方法

说明书

技术领域

本发明属于水下阵列信号处理技术领域，涉及一种水下运动阵列多目标检测和方位估计一体化方法。

背景技术

水下多目标的远程检测和方位估计是是水下阵列信号处理的两个关键问题。传统的方法是将这两个方面分开处理，先通过某种检测方法来检测目标个数，然后再利用某种方位估计方法来确定各个目标的方位。这样前面目标检测的结果的好坏就直接影响到后面目标方位估计的性能。

在阵列信号处理领域，由有限的观测数据来确定信号源的个数是使用许多高分辨方位估计方法的前提条件。信源数确定的经典方法是基于Akaike信息论准则(Akaike information criterion，简称AIC)的方法和基于最小描述长度准则(minimum descriptive length，简称MDL)的方法。性能分析表明AIC在低信噪比下性能很好，但在高信噪比下倾向于高估信号源个数。而MDL方法在高信噪比下表现可靠但在低信噪比下倾向于低估信号源个数。研究人员后来提出了一些改进的方法来提高AIC和MDL准则的统计性能，这些方法的性能大多介于AIC和MDL之间，即在低信噪比下的错误概率比MDL方法低或者在高信噪比下的错误概率比AIC方法低。如利用噪声特征值的线性趋势设定检测门限的EIT方法,基于特征向量的利用了信号频域峰值-均值比的EPAR方法,用于检测信号紧密分布的一个空间信号群内的信号源数的EDT方法等。但上述方法都只能给出信号源的个数的估计，并不能同时给出信号的方位估计值。

现有的基于合成孔径技术的方位估计方法，一般要先假设知道目标的个数，没有对信号源数检测的过程。强干扰环境下水下运动阵列方位估计新方法(侯云山等发表于《系统工程与电子技术》，2010,32(9)：1803—1806)对水下存在强干扰的特殊情况使用了自适应波束形成技术来保证使用合成孔径技术进行方位估计的有效性。传统合成孔径技术在孔径合成后使用常规波束形成(CBF)来形成波束，方位分辨能力较低，且形成波束后只能看出波束形状，但并不能准确判断目标的个数。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下运动阵列多目标检测和方位估计一体化方法，以解决低信噪比下传统检测方法的性能差且不能同时给出方位估计的问题。

为实现上述目的，本发明的水下运动阵列多目标检测和方位估计一体化方法步骤如下：

(1)根据运动阵列信号模型，得出两次连续测量的接收数据公式，并根据两公式求得相位校正因子；

(2)将运动阵列信号模型表示成矩阵形式，并采用矩阵形式的块处理方式分割为J个矩阵块，构成分块矩阵；

(3)采用水下运动阵列的合成孔径技术，利用相位校正因子将物理阵列扩展为虚拟阵列，将分块矩阵重构为数据矩阵；

(4)将数据矩阵形成协方差矩阵，采用最小方差无畸变MVDR形成MVDR空间谱；

(5)根据MVDR空间谱，通过现场噪声学习获得检测门限值；

(6)根据检测门限值，获得MVDR空间谱中检测门限值之上的谱峰数为目标个数，谱峰所对应的角度为入射目标的方位角。

所述步骤(1)中两次连续测量的条件为：两次连续测量时物理阵列的部分阵元在空间上重合。

所述步骤(1)中运动阵列信号模型为X＝A(θ)S+W，式中X＝A(θ)S+W，式中X＝[X₁ X₂ … X_N]，X_i＝[x₁(t_i) x₂(t_i) … x_M(t_i)]^T是阵列输出的第i次快拍数据，X∈C^M×N，A(θ)＝[a(θ₁) a(θ₂) … a(θ_K)]，a(θ_i),(i＝1,2,…,K)是第i个信号的方向向量，且表达式为a(θ_i)＝[1 exp(-j2πf₀dsinθ_i/c) … exp(-j2πf₀(M-1)dsinθ_i/c)]^T，S∈C^K×N是包含了多普勒频率的目标信号,W∈C^M×N是加性高斯白噪声，C表示复数域。