[发明专利]一种弯曲水听器阵列的阵元位置校准方法

权利要求书

1.一种弯曲水听器阵列的阵元位置校准方法，其特征在于：待校准的水听器阵列接收远场K个目标信号，要求K≥2，阵元数为M，已知第m和第m+1个阵元间距为△_m,m＝1,2,…,M-1，并且已知前M_c个水听器位置，即p_m＝[x_m,y_m]^T,m＝1,2,…,M_c，x_m,y_m为第m个阵元在x和y轴的坐标；步骤如下：

步骤1：利用该阵列接收和记录水声信号，x(n)为阵列输出向量，计算阵列采样协方差矩阵

步骤2：对采样协方差矩阵进行特征分解，得到的信号子空间为E，其维度为M×K；噪声子空间为V，其维度为M×(M-K)；

步骤3：将基阵均匀划分成D个子阵，符号表示大于等于符号中变量的最小整数；所述M_c为已校准水听器个数；

按子阵方式划分阵列流形矩阵和信号子空间：

阵列流形矩阵：其中A(θ)＝[a(θ₁),…,a(θ_K)]是阵列流形矩阵，对于入射方位为θ_k的入射信号，水听器阵列的阵列流形向量a(θ_k)＝[exp(-j2πfτ_1k),…,exp{-j2πfτ_Mk}]^T，其中f为信号频率；

τ_mk＝{u_k}^Tp_m/c＝(x_mcosθ_k+y_msinθ_k)/c,m＝1,2,…M，d为阵元间距，c为声速，阵元位置坐标为p_m＝[x_m,y_m]^T，第k个信号的归一化方向向量u_k＝[cosθ_k,sinθ_k]^T；

信号子空间：其中E_d,1≤d≤D-1为第d个维度为M_c×K的子矩阵，E_D为第D个维度为M_D×K的子矩阵，其中M_D＝M-(D-1)M_c；

第一个子阵的噪声子空间为噪声子空间矩阵V的第一个M_c×(M-K)子矩阵，记为V₁；

步骤4：利用第一个子阵进行目标方位估计，即其中通过峰值搜索估计出目标方位

步骤5：计算满秩矩阵设d＝2；

步骤6：第d个子阵相对于第一个子阵的相位差组成列向量为阵元间相位差；则其中vec{}表示矩阵向量化算子，Diag{}表示将向量排列成对角矩阵，表示Kronecker乘积运算；

步骤7：相位模糊量为一组未知的整数，即且N_c为一整数，取值为M/π；则对于第d个子阵的第m个阵元，其阵元位置的候选位置为其中C＝[u₁,…,u_K]^T，为归一化方向向量，其方位已在步骤3中计算得到；

为相位差，已在步骤6中已经计算得到；

步骤8：得到第d个子阵第m个阵元的坐标为其中|| ||表示向量l2范数，| |表示绝对值运算；

步骤9：如果d≤D-1，则d＝d+1，并返回步骤6操作；如果dD-1，阵列位置校准完成。