[发明专利]基于非圆信号和三维正交阵的二维水下DOA估计方法和装置

摘要

本发明公开了一种基于非圆信号和三维正交阵的二维水下DOA估计方法和装置，该估计装置在结构上选取了三维正交均匀阵列，这种阵列通过接收三个维度上子阵列的数据，能够最终得到声速无关的二维DOA估计，有效解决了声速偏差带来的估计精度下降问题，可以达到提升估计性能的目的。另外为了克服水声环境中信号快速衰减的问题，该估计装置通过将非圆信号应用到水下DOA估计中，采用了基于非圆信号的NC‑ESPRIT算法，以提升估计性能。综上，该发明结合非圆信号的优点，同时采用了三维正交阵列，根据水下环境进行了声速无关的优化，估计精度高，具有较强的实用性。

主权项

1.一种基于非圆信号和三维正交阵的二维水下DOA估计方法，其特征在于，所述的估计方法包括：S1、建立十字正交线阵的阵列信号模型，所述的阵列信号模型为一个十字正交线阵和垂直线阵3的组合，所述的十字正交线阵由线阵1和线阵2组成，其中，线阵1排布于坐标系x轴上，线阵2排布于坐标系_y轴上，垂直线阵3排布于坐标系z轴上，线阵1和线阵2都各有2M‑1个接收阵元，垂直线阵3有_M个接收阵元，所有相邻阵元之间的平均间距为_d，将中心频率为_f，非圆率为ρ,0＜ρ≤1的非圆信号作为发射信号，同时非圆信号满足窄带条件，即当非圆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，以坐标系原点为参考点，假设水下目标总个数为K，第k个目标的方位角和仰角表示为θ_k和φ_k，θ_k∈[0,π]，同时目标与坐标系_x轴和y轴的夹角分别α_k和β_k，快拍数为L，线阵1和线阵2的接收数据矩阵分别表示为X和Y：X＝AxS+Nx              (1)Y＝AyS+Ny              (2)其中S是一个K×L维的源信号矩阵，Ax和Ay是(2M‑1)×K维导向向量矩阵，Nx和Ny是(2M‑1)×L维的噪声矩阵；S2、建立垂直线阵3的阵列信号模型，垂直线阵3有M个接收阵元，垂直线阵3的接收数据矩阵可以表示成Z：Z＝AzS+Nz                (3)Az是M×K维导向向量矩阵，Nz是M×L维的噪声矩阵；S3、采用基于非圆信号的DOA算法求出线阵1、线阵2和垂直线阵3对应含声速信息的特征值参数uk、vk和wk，k＝1,2,…,K；S4、利用子空间投影角度配对法进行三组特征值参数uk,vk和wk,k＝1,2,…,K的配对；S5、求解目标的二维波达方向估计解，即对于第k,k＝1,2,…,K个目标的方位角θk和仰角φk的估计值。