[发明专利]一种基于声矢量阵联合信息处理信源数估计方法

说明书

本发明属于阵列信号处理技术领域，具体涉及一种基于声矢量阵联合信息处理信源数估计方法。本发明以声矢量阵声压振速联合信息处理为基础，适用于水声环境低信噪比条件下，信源数估计算法不准确的问题。本发明采用声矢量阵声压振速联合信息处理进行信源数估计，针对观测方位固定时可能导致某些方位的信号由于空间滤波作用被滤除或削弱的问题，该方法可使所选协方差矩阵兼顾到各方位入射的信源，减小固定观测方位时空间滤波作用造成的影响。本发明利用声矢量阵方位扫描的优势，避免某一方向的信号因空间滤波而削弱，提升了传统信源数估计算法的性能。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，具体涉及一种基于声矢量阵联合信息处理信源数估计方法。

背景技术

水声阵列信号处理是进行水下探测、识别、通信等的重要技术，其重要任务之一是估计目标方位。在以多重信号分类算法为代表的子空间类高分辨谱估计算法相继被提出，子空间类高分辨谱估计算法估计波达方向在水声工程领域拥有良好的前景。信源数目估计是高分辨子空间类谱估计算法进行方位估计的先决条件，因此信源数估计的研究是阵列信号处理中的重要研究方向之一。

基于雷达和声呐标量阵，主要分为基于特征值信息和基于特征向量信息两大类算法，以上信源数估计算法在低信噪比下性能较差，而在水声环境中，需要解决的问题是如何在低信噪比下进行信源数的准确估计。

白兴宇在“白兴宇,姜煜,赵春晖.基于声压振速联合处理的声矢量阵信源数检测与方位估计[J].声学学报(中文版),2008(01):56-61.”文章中了基于声压与振速互协方差矩阵的声矢量阵特征子空间方法，然后利用空时虚拟抽头处理，提出了一种基于特征向量的信源数检测与子空间划分准则。该方法采用声矢量阵PVc联合信息处理的方法，未能较好的抑制噪声，在低信噪比条件下，性能衰退，并且适用范围较窄，不能采用声矢量阵声压振速联合处理进行多种准则的信源数估计。

姚直象在“姚直象,姜可宇,郭瑞,陈亦刚.基于声压振速联合处理的矢量阵旋转不变子空间方位估计方法[J].北京理工大学学报,2012,32(05):513-516+521.”文章中利用声矢量阵采用声压振速联合处理进行盖式圆准则信源数估计，该方法采用声矢量阵声压振速(P+Vc)Vc联合信息处理，将引导方位角得到的多组接收信号协方差矩阵进行平均处理后进行盖式圆准则的信源数估计，该方法导致在某些观测方位下的噪声得到增强而抑制信号，未能发挥出矢量阵联合信息处理的抑制噪声的优势。

综上所述，现阶段缺乏一种低信噪比下进行水下信源数的准确估计，故将推广至声矢量阵声压振速联合信息处理特征投影法进行信源数估计算法。

发明内容

本发明的目的在于提供可在水声低信噪比下进行水下信源数的准确估计的一种基于声矢量阵联合信息处理信源数估计方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：利用二维声矢量水听器均匀线阵接收多个信源的远场平面波数据，获取阵元m声压通道输出分量p_m(t)，振速x通道的输出分量v_xm(t)，振速y通道的输出分量v_ym(t)：

其中，M为矢量水听器的声矢量阵列数量；K为入射声到矢量阵列上的空间信号数量；θ_k为第k个空间信号s_k(t)的二维空间到达角；n_pm(t),分别对应第m个阵元声压通道、振速x通道、振速y通道的噪声；a(θ_k)为均匀直线阵的导向矢量；

步骤2：将各个阵元接收数据排列组合，得到声矢量水听器阵列声压通道的输出P(t)、振速x通道的输出V_x(t)和振速y通道的输出V_y(t)；