[发明专利]基于多级维纳滤波器的高亚音速飞行目标声学测向方法

权利要求书

1.一种基于多级维纳滤波器的高亚音速飞行目标声学测向方法，其特征在于，采用均匀分布于空间十字阵列上的声传感器阵列进行测向，空间十字阵列包括相互垂直的X轴、Y轴和Z轴三根安装轴，三根安装轴的交点称为O点，位于O点的声传感器称为基准传感器，除基准传感器外，每根安装轴上均匀安装有2M个非基准传感器；

在对高亚音速飞行目标进行测向时，其具体步骤包括：

S1，针对声传感器阵列，建立宽带时域阵列信号模型，得到接收信号矩阵；

S2，对每个离散接收信号进行小波变换，得到接收信号矩阵在某一尺度下的小波矩阵；

S3，根据步骤S2的小波变换结果，选取基准传感器收到的离散信号向量s(n)的小波变换结果为参考信号d₀(k)，选取接收信号矩阵进行小波变换得到的小波矩阵WT(a₀,b)为初始接收信号，a₀为小波变换尺度，利用多级维纳滤波器对二个信号进行多级维纳滤波，得到信号子空间U_S和噪声子空间U_N，k为采样点序号，n为采样点时刻；

S4，利用信号子空间或噪声子空间，构造二维空间谱函数对俯仰角和方位角两个变量组合按照其取值范围和设定步长，对其二维空间谱函数进行二维谱峰搜索，得到目标声信号的二维达到角最优估计值为：

二维达到角最优估计值即为高亚音速飞行目标的测向结果，从而完成高亚音速飞行目标的测向；

所述的步骤S1具体包括，基准传感器接收的宽带目标声源信号为s(t)，对于非基准传感器接收信号s(t-τ)，采用带通信号重构和采样方法，将其表示为：

其中，τ为该非基准传感器接收信号相对于基准传感器接收信号的时延，T_s为采样周期，ψ(t)为带通采样信号，其采用sinc函数的带通形式或带通椭圆球面波函数，L表示窗函数的长度，l表示窗函数的延时；

将s(t-τ)进行时域离散采样，并用n-l代替l，得到传感器接收信号在采样点n时刻的输出为：

其中，带通窗函数h_l(τ)＝ψ(l-τ)ω(l-τ)，ω(l-τ)为窗函数；

对于某一安装轴上的2M个声传感器，其接收信号可表示为：

其中，m为时延数目；在n和m取不同值的情况下，不同阵元的接收信号表示为接收信号矩阵S_τ(n)：

S_τ(n)＝H(n,τ)s(n)，

其中，H(n,τ)为时延差矩阵，s(n)为对基准传感器收到的信号进行采样后，再对其以n时刻为中心、向前后各拓展L-1个采样时刻进行截取，得到的离散信号向量，接收信号矩阵S_τ(n)中的每一行代表一个声传感器的离散接收信号；对于矩阵H(n,τ)，其表达式为：

2.根据权利要求1所述的基于多级维纳滤波器的高亚音速飞行目标声学测向方法，其特征在于，对于宽带入射信号s(t)，其频率范围为[f_l,f_h]，其带宽为B，f_h＝f_l+B，为避免测向模糊，同一安装轴上的声传感器间距d应满足:

d≤c/(2f_h),

其中，c为空气中的声速。

3.根据权利要求1所述的基于多级维纳滤波器的高亚音速飞行目标声学测向方法，其特征在于，所述的步骤S2，针对步骤S1中的接收信号矩阵S_τ(n)进行小波变换，得到接收信号矩阵S_τ(n)在a₀尺度下的小波矩阵WT(a₀,b)，其表达式为：

WT(a₀,b)＝A(a₀,θ)Y(a₀,b)，

其中，A(a₀,τ)为矩阵H(n,τ)的小波变换结果，Y(a₀,b)为离散信号向量s(n)的小波变换结果。