[发明专利]一种弯曲水听器阵列的阵元位置校准方法

摘要

本发明涉及一种弯曲水听器阵列的阵元位置校准方法，根据位置已知的前Mc个水听器，将基阵均匀划分成D个子阵，利用第一个子阵进行目标方位估计，通过阵元间距信息剔除候选位置中的错误位置，最终得到第d个子阵第m个阵元的坐标为其中|| ||表示向量l2范数，||表示绝对值运算。解决当阵形严重变形失配时，失配阵列(如拖线阵与海底固定式)的阵形校准问题。

主权项

1.一种弯曲水听器阵列的阵元位置校准方法，其特征在于：待校准的水听器阵列接收远场K个目标信号，要求K≥2，阵元数为M，已知第m和第m+1个阵元间距为Δm,m＝1,2,…,M‑1，并且已知前Mc个水听器位置，即pm＝[xm,ym]T,m＝1,2,…,Mc，xm,ym为第m个阵元在x和y轴的坐标；步骤如下：步骤1：利用该阵列接收和记录水声信号，x(n)为阵列输出向量，计算阵列采样协方差矩阵步骤2：对采样协方差矩阵进行特征分解，得到的信号子空间为E，噪声子空间为V，其维度分别为为M×K和M×(M‑K)；步骤3：将基阵均匀划分成D个子阵，符号表示大于等于符号中变量的最小整数；所述M_c为已校准水听器个数；按子阵方式划分阵列流形矩阵和信号子空间：阵列流形矩阵：其中A(θ)＝[a(θ₁),…,a(θ_K)]是阵列流形矩阵，对于入射方位为θ_k的入射信号，水听器阵列的阵列流形向量a(θ_k)＝[exp(‑j2πfτ_1k),…,exp{‑j2πfτ_Mk}]^T，其中f为信号频率；τmk＝{uk}Tpm/c＝(xmcosθk+ymsinθk)/c,m＝1,2,…M，d为阵元间距，c为声速，阵元位置坐标为pm＝[xm,ym]T，第k个信号的归一化方向向量uk＝[cosθk,sinθk]T；信号子空间：第一个子阵的噪声子空间为噪声子空间矩阵V的第一个Mc×(M‑K)子矩阵，记为V1；步骤4：利用第一个子阵进行目标方位估计，即其中a₁(θ_k)＝[exp(‑j2πfτ_1k),…,exp{‑j2πfτ_Mck}]^T，通过峰值搜索估计出目标方位步骤5：计算满秩矩阵设d＝2；步骤6：第d个子阵相对于第一个子阵的相位差组成列向量为阵元间相位差；则其中vec{}表示矩阵向量化算子，Diag{}表示将向量排列成对角矩阵，表示Kronecker乘积运算；步骤7：相位模糊量为一组未知的整数，即且N_c为一整数，通常取值为M/π；则对于第d个子阵的第m个阵元，其阵元位置的候选位置为其中C＝[u₁,…,u_K]^T，为归一化方向向量，其方位已在步骤3中计算得到；为相位差，已在步骤6中已经计算得到；步骤8：得到第d个子阵第m个阵元的坐标为其中|| ||表示向量l2范数，| |表示绝对值运算；步骤9：如果d≤D‑1，则d＝d+1，并返回步骤6操作；如果d＞D‑1，阵列位置校准完成。