[发明专利]基于夹角可调三维阵的非圆信号水下DOA估计方法和装置

摘要

本发明公开了一种基于夹角可调三维阵的非圆信号水下DOA估计方法和装置，使用一个二维夹角可调的均匀三维线阵作为接收阵列，这种阵列能够进行灵活测量，通过实现线阵在二个维度上的夹角可调进行多次测量，可以达到提升估计性能的目的。为了克服水声环境中信号快速衰减的问题，通过将非圆信号应用到水下DOA估计中，采用基于非圆信号的NC‑ESPRIT算法，以提升估计性能；为了消除声速影响造成的估计偏差，采用声速无关的二维DOA估计表达式；同时为了实现三维夹角可调均匀线阵下的三组参数的成功配对，采用了一种基于子空间投影角度配对的三参数配对方法，提升了水下DOA估计精度。综上，本发明估计精度高，具有较强的实用性。

主权项

1.一种基于夹角可调三维阵的非圆信号水下二维DOA估计方法，其特征在于，所述的估计方法将测量N2次不同的线阵夹角值，包括步骤如下：S1、建立三维夹角可调均匀线阵的阵列信号接收模型，所述的三维夹角可调均匀线阵包括一个L型阵列和一个具有2自由度的旋臂阵列，其中L型阵列的2个子线阵分别设为线阵1和线阵2，具有2自由度的旋臂阵列设为线阵3，线阵1排布于坐标系x轴上，线阵2排布于坐标系y轴上，线阵3具有2自由度的旋转特性，线阵3与线阵1的夹角为Δx，线阵3与线阵2的夹角为Δy，夹角Δx和夹角Δy可调节，线阵1、线阵2和线阵3都为均匀线阵并都有M个接收阵元，阵元的平均间距为d；以坐标系原点为参考点，假设入射到阵列上的水下目标总个数为K，第k个目标的方位角和仰角可表示为θ_k和φ_k，θ_k∈[0,π]，同时目标与坐标系x轴、y轴的夹角分别α_k和β_k，目标信号满足窄带条件，即当目标信号延迟远小于带宽倒数时，延迟作用相当于使基带信号产生一个相移，设快拍数为L，线阵1、线阵2和线阵3的接收数据矩阵分别表示为X、Y和ZX＝AxS+Nx     (1)Y＝AyS+Ny    (2)Z＝AzS+Nz     (3)其中S是一个K×L维的源信号矩阵，Nx,Ny和Ny则是M×L维的噪声矩阵，Ax、Ay和Az则是由方位角θk和仰角φk表示的M×K维导向向量矩阵；S2、利用基于NC‑ESPRIT的非圆信号一维DOA估计算法求出线阵1、线阵2和线阵3对应的特征值参数uk、vk和wk，k＝1,2,…,K；S3、对夹角可调三维阵列中线阵1、线阵2和线阵3对应的特征值参数uk、vk和wk进行参数配对；S4、求解目标的二维波达方向估计解，即对于第k＝1,2,…,K个目标，求出方位角θk和仰角φk的估计值；S5、对不同阵列夹角条件下获得的N2组估计值进行加窗函数处理，得到最优估计结果。