[发明专利]一种基于互相关虚拟阵的五元体积阵多目标方位估计方法

说明书

本发明提供了一种基于互相关虚拟阵的五元体积阵多目标方位估计方法，使用的五元体积阵结构获取各阵元在多个窄带信源入射下的接收信号；在各阵元接收信号之间做互相关处理，得到一个25元虚拟体积阵以及对应的输出序列；将同一位置上重叠的虚拟阵元所对应的输出序列求平均，得到一个17元虚拟体积阵以及对应的输出序列；对所获得的17元虚拟体积阵的输出序列采用MVDR方法进行二维方位估计，获得多个目标对应的方位角和俯仰角。本发明增加了阵列自由度，并且抑制了噪声，从而提高五元体积阵在低信噪比下方位估计的性能。

技术领域

本发明涉及一种目标方位估计方法。

背景技术

在低空目标探测等方面，小尺度基阵以结构简单、布放便利等特性得以广泛应用(徐小哲，小尺度基阵空气声被动定向[D].西北工业大学,2005.)。而传统的目标方位估计方法，如常规波束形成法(Conventional BeamForming，CBF)、最小方差无失真响应法(Minimum Variance Distortionless Response，MVDR)和多重信号分类法(MUltipleSIgnal Classification,MUSIC)，在满足阵元间距等于半波长条件的大型基阵中具有很好的目标方位估计效果。但是小尺度基阵的阵元间距小且阵元数目少，并且所探测目标的信号频率范围较广，导致阵元间距无法满足半波长的条件，因此将传统的方位估计方法应用于小尺度基阵时，方位估计性能较差。为了提高小尺度基阵的目标方位估计性能，王学青(王学青，时银水，朱岩.四元平面方阵对空声时延定位误差分析[J].电声技术,2005(11):4-6.)、程翔(程翔，张河.高低四元阵定位算法及其精度分析[J].探测与控制学报,2006,28(4):12-14.)、孙书学(孙书学，顾晓辉，孙晓霞.用正四棱锥形阵对声目标定位研究[J].应用声学,2006,25(2):102-108.)和林晓东(林晓东，吴松林，张川.六元探测基阵被动声定位算法及其性能研究[J].声学技术,2008,27(2):192-196.)等人研究了不同阵型的小尺度基阵目标方位估计的性能和影响因素。

但是，上述研究中的方法都是直接根据阵元接收信号间的时延差和数学模型计算出目标的方位和距离，对目标方位估计算法没有更深入的研究。另外，未考虑多目标情况下的目标分辨问题，同时也未考虑信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)对方位估计的影响。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明针对五元体积阵提出一种基于互相关虚拟阵列的最小方差无失真响应(Cross-Correlation Minimum Variance DistortionlessResponse,CC_MVDR)多目标方位估计方法，将互相关处理和Toeplitz平均处理相结合，有效改善传统方法在低信噪比下目标方位估计的性能，提高五元体积阵多目标方位估计的性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)获取五元体积阵各阵元在D个窄带信源入射下的接收信号X(t)；其中，窄带信源的频率由五元体积阵所探测目标的频率特性确定，而常见的直升机、坦克和装甲车等目标噪声信号的频率范围都在400Hz以内；所述的五元体积阵由5个麦克风S_m作为阵元组成，4个阵元位于正方形的四个顶点，第5个阵元位于正方形中心的正上方，第m个阵元的位置坐标记为P_m，m＝1,2,…,5，五个阵元到正方形中心的距离均为r，其值为信号波长的四分之一；