[发明专利]一种单矢量传感器增秩MUSIC测向技术

摘要

本发明公开了一种单矢量传感器增秩MUSIC测向技术，属于传感器信号处理技术领域。MUSIC测向技术估计误差小，精度高，它要求声矢量传感器接收的海洋环境噪声的协方差矩阵为单位阵。在海洋环境噪声场中，声矢量传感器的声压通道和振速通道接收到的海洋环境噪声功率并不相等，导致MUSIC测向技术在水下目标探测中无法得到应有的高精度估计。本发明发现声矢量传感器的声压通道和振速通道接收到的环境噪声功率不一致性引起一个虚源。为保证目标导向矢量和噪声子空间的正交性，本发明把此虚源的导向矢量归于信号子空间而非噪声子空间。在较低信噪比下，本发明仍旧具有尖锐的空间谱峰和较小的估计误差。本发明可用于解决海洋环境噪声中对弱目标的被动测向问题。

主权项

1.一种单矢量传感器增秩MUSIC测向技术，其特征在于，包括以下步骤：(1)声矢量传感器在海洋环境噪声场中接收一个远场信号，校准声矢量传感器使得声压通道和振速通道之间不存在通道幅相误差，声矢量传感器输出为N个快拍数据r(n)，r(n)是一个M×1的向量，M＝4，n＝1,…,N，N为正整数；(2)根据N个快拍数据估计协方差矩阵(3)对得到的协方差矩阵进行特征值分解其中γ_m是按降序排列的特征值，v_m是特征向量；(4)在海洋环境噪声场中，声压通道和振速通道接收的海洋环境噪声功率不一致性导致虚源，虚拟源个数为1，将v2归入信号子空间，噪声子空间由向量组{v3,…,vM}扩展而成；(5)利用{v₃,…,v_M}，构造噪声子空间投影矩阵(6)通过搜索空间谱的谱峰位置，目标的角度估计如下：其中，和分别是目标的方位角估计值和俯仰角估计值，S(θ，φ)＝u^H(θ，φ)P_nu(θ，φ)是空间谱，u(θ，φ)＝[1，cos(θ)cos(φ)，sin(θ)cos(φ)，sin(φ)]^T是声矢量传感器在角度(θ，φ)处的导向矢量，θ∈[‑π,π]是搜索方位角，φ∈[‑π/2,π/2]是搜索俯仰角；(7)利用{v₂,…,v_M}，计算和利用MUSIC测向技术得到目标角度的粗估计如下：根据消除的角度模糊。