[发明专利]一种小尺寸矢量阵姿态与幅相误差联合校正方法、装置、计算机及存储介质

说明书

一种小尺寸矢量阵姿态与幅相误差联合校正方法、装置、计算机及存储介质，涉及声呐阵列处理领域。解决了现有技术缺少一种同时考虑未知阵体姿态与固定幅相误差情况下的校正方法的问题。所述方法包括：构建矢量水听器的小尺寸矢量阵和信号接收系统；根据所述小尺寸矢量阵和信号接收系统获取小尺寸矢量阵的阵体水平姿态与倾斜姿态的振速；根据所述阵体水平姿态的振速构建非线性方程组并进行非线性方程组求解；根据非线性方程组的解进行坐标变换，获取矢量水听器的立体阵；扫描矢量水听器的立体阵，获取声源方位角估计值；根据声源方位角估计值对立体阵进行幅相误差有源校正，获取阵体的姿态与幅相误差的联合校正。适用于小尺寸矢量阵的校正领域。

技术领域

本发明涉及声呐阵列处理领域，尤其涉及一种小尺寸矢量阵姿态与幅相误差联合校正方法。

背景技术

近几年，基于小尺寸声呐基阵的超指向性波束形成方法成为研究热点，小尺寸矢量阵相比于传统声压水听器阵列具有节省阵列孔径，阵列增益较高等优势，但在进行波束形成之前，小尺寸矢量阵仍要进行各通道幅相误差的校正，由于矢量水听器中的矢量通道的自然指向性与声压通道不同，因此矢量阵列的幅相误差校正相比于声压阵列会更加复杂，对校正算法的要求会更高。阵列幅相误差校正的算法总体可分为自校正和有源校正两大类，对于自校正方法，容易由于迭代收敛到局部最小值而非全局最小值，有源校正算法相比自校正算法的准确性更高，稳定性更强。但有源校正算法需要确知校正声源与阵体x轴的相对方位，在实际实验情况下，往往声源与阵体的GPS点位置已知，但阵体自身的姿态未知，且由于海底不平整等原因，坐底的小尺寸矢量阵将会发生倾斜，因此经常在阵体上放置用于测量阵体姿态的传感器。

用于测量阵体姿态的传感器以原理不同可以划分为很多类，如加速度计、磁力计、陀螺仪、以及以陀螺仪为核心的惯导系统。但各种原理的测角传感器都将带有一定误差，以磁力计为例，在水声领域使用时，尤其是在固定在水下设备上的情况下，基阵和平台的刚体结构对磁场有很大影响，此时磁力计的载体姿态测量功能将会失效。到目前为止，特别是对于小尺寸矢量阵阵列而言，仍缺少一种同时考虑未知阵体姿态与固定幅相误差情况下的校正方法。

发明内容

本发明解决了现有技术缺少一种同时考虑未知阵体姿态与固定幅相误差情况下的校正方法的问题。

本发明通过构建矢量水听器的小尺寸矢量阵和信号接收系统，获取了倾斜姿态下阵体的各阵元在水平姿态坐标系下的位置关系，进而获取了阵元位置信息联合各声源方位估计值，通过对各阵元各通道进行幅相误差有源校正，最终实现阵体的姿态与幅相误差的联合校正。

本发明提供一种小尺寸矢量阵姿态与幅相误差联合校正方法，所述方法包括：

构建矢量水听器的小尺寸矢量阵和信号接收系统；

根据所述的小尺寸矢量阵和信号接收系统获取小尺寸矢量阵的阵体倾斜姿态的振速；

根据所述的阵体倾斜姿态的振速获取阵体水平姿态的振速构建非线性方程组并进行非线性方程组求解；

根据非线性方程组的解进行坐标变换，获取矢量水听器的立体阵；

利用矢量水听器的立体阵进行波束扫描，获取声源方位角估计值；

根据声源方位角估计值对立体阵进行幅相误差有源校正，获取阵体的姿态与幅相误差的联合校正。

进一步的，还提供一种优选实施方式，所述根据所述的小尺寸矢量阵和信号接收系统获取小尺寸矢量阵的阵体倾斜姿态的振速，具体为：

建立大地坐标系，坐标轴分别为i₀,j₀,k₀，分别指向东、北、天；倾斜前水平姿态的阵体坐标系，坐标轴分别为i,j,k；倾斜后倾斜姿态的阵体坐标系，坐标轴分别为i′,j′,k′；

阵体水平姿态第n个阵元xyz通道的振速由计算获取：