[发明专利]水下运动阵列多目标检测和方位估计一体化方法

摘要

本发明涉及水下运动阵列多目标检测和方位估计一体化方法，根据运动阵列信号模型，得出两次连续测量的接收数据公式，求得相位校正因子；将运动阵列信号模型的矩阵形式分块；采用合成孔径技术，利用相位校正因子将物理阵列扩展为虚拟阵列，将分块矩阵重构为数据矩阵形成MVDR空间谱，通过现场噪声学习获得检测门限值；检测门限值之上的谱峰数为目标个数，谱峰所对应的角度为入射目标的方位角；本发明充分利用水下运动阵列合成孔径技术来提高阵增益和角度分辨率，并利用体现信号能量的MVDR空间谱函数来确定目标的个数及方位；对于相干信号来说，在低信噪比下的检测性能显著优于传统方法，降低了检测门限，有更远的探测距离，且能给出方位估计值。

主权项

水下运动阵列多目标检测和方位估计一体化方法，其特征在于，该方法步骤如下：(1)根据运动阵列信号模型，得出两次连续测量的接收数据公式，并根据两公式求得相位校正因子；为一个相位：所述运动阵列信号模型为：X＝A(θ)S+W，式中X＝[X1 X2 ... XN]，Xi＝[x1(ti) x2(ti) L xM(ti)]T是阵列输出的第i次快拍数据，i＝1，2，…，N，X∈CM×N，M为阵元数，N为总的采样点数，A(θ)＝[a(θ1) a(θ2) ... a(θk)]，a(θj)是第j个信号的方向向量，j＝1，2，…，K，K为频率为f0的窄带信号源个数，θj为窄带信号源的入射角，且表达式为a(θj)＝[1 exp(‑j2πf0dsinθj/c) ... exp(‑j2πf0(M‑1)dsinθj/c)]T，f0为窄带信号源频率，S∈CK×N是包含了多普勒频率的目标信号，W∈CM×N是加性高斯白噪声，C表示复数域；所述两次连续测量的接收数据公式为：ti+τ时刻阵列的第n个阵元的接收数据公式q代表在时间τ内阵列移动的阵元位置数，wn(ti+τ)为ti+τ时刻第n个阵元的加性噪声，v表示阵列速度，c表示水下声速，Ak为信号源sk(t)的复幅度；ti时刻阵列的第n+q个阵元的接收数据公式对于两次连续的测量，xn+q(ti)和xn(ti+τ)，n＝1,2,…,M‑q表示空间位置上重叠但时间上相差τ的阵元的输出；(2)将运动阵列信号模型表示成矩阵形式，并采用矩阵形式的块处理方式分割为J个矩阵块，构成分块矩阵X＝[B1 B2 ... BJ]，式中Bi∈CM×K且JK＝N，所述数据接收矩阵X分割为J个矩阵块,每个分块矩阵Bi包含K次采样，J为测量的次数；(3)采用水下运动阵列的合成孔径技术，利用相位校正因子将物理阵列扩展为虚拟阵列，将分块矩阵重构为数据矩阵；所述利用相位校正因子将物理阵列扩展为虚拟阵列的过程为：通过ti+τ时刻第n个阵元的输出xn(ti+τ)乘上一个校正相位来得到虚拟扩展的ti时刻的第n+q个阵元的输出xn+q(ti)，所述分块矩阵重构为数据矩阵的公式为式中且(4)将数据矩阵形成协方差矩阵采用最小方差无畸变(MVDR)波束形成器形成MVDR空间谱σ2为噪声功率值，θ为扫描方位角；(5)根据MVDR空间谱，通过现场噪声学习获得检测门限值；(6)根据检测门限值，获得MVDR空间谱中检测门限值之上的谱峰数为目标个数，谱峰所对应的角度为入射目标的方位角。