[发明专利]基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法

说明书

基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法，涉及参数估计领域。本发明是为了解决现有仅用某一时刻的罗经值对四元十字阵在观测时发生的水平旋转进行修正，导致对目标的方位估计不准确的问题。本申请用罗经实时记录四元十字阵的水平旋转信息，利用罗经数据对目标方位进行实时修正，保证长时间弱信号的高精度方位估计。它用于估计目标的方位。

技术领域

本发明涉及旋转条件下的四元十字阵高精度方位估计方法，属于参数估计领域。

背景技术

四元十字阵可以估计基阵坐标系下目标的相对方位，通过罗经测量四元十字阵的朝向，可以计算得到大地坐标系下目标的绝对方位。四元十字阵安装在小平台下时，由于受到水流的冲激，在观测过程中容易发生水平旋转，当方位急剧变化时，仅用某一时刻的罗经值对相对方位进行修正已经不能准确估计方位。此外，当信号的信噪比较低时，为达到高精度的方位估计，通常要求足够长的积分时间以保证信号处理增益。而基阵的转动将使得信号的处理增益大幅下降，有必要测试转动数据并加以补偿修正。

发明内容

本发明是为了解决现有仅用某一时刻的罗经值对四元十字阵在观测时发生的水平旋转进行修正，导致对目标的方位估计不准确的问题。现提供基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法。

基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、采用四元十字阵同步采集来自同一目标的4路声信号，将每个声信号分成M段长度为N的子信号，M和N均为正整数，分别对每段子信号进行加窗处理后，再进行离散傅里叶变换，每段子信号下均得到4组频谱值；

步骤二、对每段子信号下得到的4组频谱值中、位于四元十字阵同一个坐标轴上的两个阵元对应的频谱值进行互谱计算，每段子信号下得到两路互功率谱；

步骤三、利用四元十字阵正下方安装的罗经测量每段子信号下四元十字阵的水平转向角，利用每段子信号下的水平转向角对相应子信号对应的两路互功率谱分别进行修正，分别得到每段子信号下罗经修正后的正北方向互功率谱和罗经修正后的正东方向的互功率谱；

步骤四、对所有子信号对应的正北方向互功率谱和正东方向的互功率谱分别进行积分求和，分别得到积分求和后的正北方向互功率谱和正东方向互功率谱；

步骤五、根据积分求和后的正北方向互功率谱和正东方向互功率谱，获得声信号在每个频率值下的方位，将相同方位对应的自功率谱相加得到方向功率谱，从各个方位下的方向功率谱中选择方向功率谱的最大值，该最大值对应的方位为目标方位。

优选的，步骤一中，每段子信号下得到4组频谱值的过程为：

四元十字阵由4个在同一水平面的水听器组成，四个水听器分别位于平面直角坐标系的X轴和Y轴上；

用模数变换器将每段子信号内四个水听器采集的4路声信号分别转换成4路数字信号s₁(n)、s₂(n)、s₃(n)和s₄(n)，分别对该4路数字信号进行加窗处理，分别得到处理后的四路信号x₁(n)、x₂(n)、x₃(n)和x₄(n)：

x₁(n)＝s₁(n)w(n) 公式1，

x₂(n)＝s₂(n)w(n) 公式2，

x₃(n)＝s₃(n)w(n) 公式3，

x₄(n)＝s₄(n)w(n) 公式4，

式中，n为样本点的序号，w(n)为窗函数；