[发明专利]一种二维矢量阵阵元姿态误差校正方法

说明书

本发明属于矢量阵列信号处理领域，尤其涉及一种二维矢量阵阵元姿态误差校正方法。利用目标源按照直线航行通过矢量阵的端射方向，进行波束形成，测得目标源直线航行时相对于声压阵的方位随时间的变化值，计算过阵端射方向时刻及过阵端射方向角度，再计算过阵时刻相对于阵列在水平面的投影方位，得到目标源相对于各二维矢量水听器的方位随时间变化值，计算各个二维矢量水听器在该时刻对应的方位，得到矢量阵的各个阵元姿态误差，利用电子旋转对矢量阵的各个阵元姿态误差进行校正，得到校正后的x轴振速通道信号及y轴振速通道信号。本发明仅需一个校正源，可校正范围更大，不需要辅助设备参与。

技术领域

本发明属于矢量阵列信号处理领域，尤其涉及一种二维矢量阵阵元姿态误差校正方法。

背景技术

矢量水听器具有与频率无关的指向性特点使得单矢量水听器就可以获得一定的空间处理增益并完成对目标的方位估计，矢量阵因结合了阵列可以获得更多空间处理增益和矢量指向性的双重特点，与单声压阵相比具有可实现目标的左右舷分辨，获得更高的信号处理增益，可实现空间降采样增大基阵孔径提高分辨率等优点，使得其在岸基声纳、拖曳阵声纳等方面具有无可替代的优势，进而成为国内外诸多新型声纳的发展趋势。理想条件下，同等阵元数的矢量阵比声压阵列具有更高的信号处理增益和更窄的波束。但是矢量阵的理想阵列流型保证更为困难，除了要对幅相误差、阵元位置误差校正外，矢量水听器阵元的姿态误差也会对矢量阵的信号处理性能带来影响。声场中质点振速为矢量，具有方向性，阵元姿态误差只对它有影响，对声压通道没有影响，当阵元姿态存在误差且无法准确地获取阵元的姿态信息时，质点振速分量就不能再被利用，这样矢量阵相对于标量阵的优势也就不复存在，因此，对矢量阵阵元姿态误差进行测量和校正是十分必要的。

为了保证矢量阵信号处理的性能，往往需要对实际矢量阵的阵列流型进行测量和校正，影响矢量阵阵列流型误差的因素有：各通道的幅相误差，阵元位置误差以及阵元姿态误差等。这里给出了一种针对二维矢量阵的矢量水听器阵元姿态误差测量和校正方法。

出自声学技术.2009，28(2)的文献《单辅助源矢量阵相位误差校正方法》研究了一种单辅助源矢量阵相位误差校正方法。该方法是当阵列仅存在与声源方位无关的误差形式时，通过设置方位精确已知的辅助声源来对相位误差进行校正的一种行之有效的方法。该方法利用辅助源与基阵之间相对空间位置的先验知识，首先消除所在象限及复阻抗所引起的相位影响，继而实施修改阵列流型后的改进的单辅助源相位校正算法，最后查找参考阵元处声压通道和振速通道间的相位差。是一种针对矢量阵相位误差校正方法，不适用于矢量阵阵元姿态误差校正。

出自应用声学.2015，34(5)的文献《声矢量阵阵元位置及幅相误差有源校正算法》针对声矢量阵幅相误差及阵元位置误差校正问题，基于特征分解法，提出一种简单实用的有源校正算法。该方法需要合作信源的至少3个方位信息，根据声矢量阵的通道特征，利用特征分解法构造矩阵方程组，通过矩阵运算得到声矢量阵阵元位置和幅相误差参数，从而实现对声矢量阵的校正。是一种幅相误差校正方法。

出自兵工学报.2014，35(8)的文献《声矢量阵阵元姿态误差自校正算法研究》分析了阵元姿态误差对声矢量阵波束图的影响。并提出了一种结合MUSIC算法的声矢量阵阵元姿态误差自校正算法。当阵元姿态角度误差服从高斯分布时，通过非线性迭代使目标函数最小化，从而实现阵元姿态误差参数和信源波达方向(DOA)的联合估计。该方法是一种无源校正方法，适用于阵元数目远大于各阵元姿态误差的均值和标准差的情况。对于阵元姿态误差较大的情况迭代时间会迅速增加，甚至导致不收敛的情况。