[发明专利]一种基于声矢量阵列网络的直接定位方法

说明书

本发明提供一种基于声矢量阵列网络的直接定位方法，属于目标被动定位领域。本发明首先对各阵列节点接收的声压和振速数据进行分段频域变换；而后在待测区域内逐点扫描，计算扫描点处引导方位和时延；对声压和振速数据加权求和，得到所有阵列的加权数据矩阵；利用频域定位模型，计算等效阵列流形；然后利用空间谱估计算法，计算各频率上的空间谱，累积得到所有频率的总空间谱；以合适的扫描步长，计算待测区域各点的空间谱，搜索空间谱谱值的峰值，即可得到待测目标位置。本发明把声矢量阵引入到多阵列目标直接定位方法中，利用声压振速联合处理技术，获得较标量阵更高的定位精度和空间分辨率，对低信噪比条件下的目标定位有着更好的适应能力。

技术领域

本发明涉及一种基于声矢量阵列网络的直接定位方法，属于目标被动定位领域。

背景技术

目标被动定位方法利用目标辐射或反射的信号进行定位和跟踪，其隐蔽性强、作用距离远，在区域警戒和环境监测等领域有着广泛的应用。多站被动定位系统以传感器阵列为节点，形成分布式阵列网络，利用多个阵列提供的信息进行协同处理，获取目标位置参数，相较于单点定位具有更高的定位精度。

采用阵列网络的目标被动定位方法通常分为两步定位方法和直接定位方法。其中，两步定位法首先计算目标波达方向(AOA)、时延差(DTOA)、多普勒频移或信号强度等中间定位参数，再利用中间参数对目标位置进行解算。该方法只需向解算中心传输中间定位参数，对通信带宽和计算量要求低。然而，由于参数的估计由各节点孤立完成，必然会损失部分信息，降低精度，同时也会带来多目标参数匹配问题。相比于两步定位方法，直接定位方法(DPD)直接利用底层阵列输出的原始数据，通过单步计算估计位置信息，避免了两步定位方法的弊端，在低信噪比条件下性能优于两步定位法。

直接定位方法(DPD)由Weiss A J于2004年首先提出。该方法借鉴宽带谱估计中非相干子空间分解的处理思想，通过分段离散傅里叶变换(DFT)从频域上分离出时延信息，定义等效阵列流形矩阵，利用传统空间谱估计方法解算目标位置。如，针对波形已知情况的多目标最大似然直接定位算法(Amar A,Weiss A J.Direct position determination(DPD)of multiple known and unknown radio-frequency signals[C].2004 12th EuropeanSignal Processing Conference,Vienna,2004:1115-1118.)，以及针对波形未知情况下的基于MUSIC的直接定位算法(Weiss AJ,Amar A.Direct position determination ofmultiple radio signals[J].EURASIP Journal on Advances in Signal Processing,2005,2005(1):37-49)。2015年，Tom Tirer和Anthony J.Weiss又将最小方差无畸变响应(MVDR)空间谱估计算法引入直接定位方法中，(Tirer T,Weiss AJ.High ResolutionDirect Position Determination of Radio Frequency Sources[J].IEEE SignalProcessing Letters,2015,23(2):192-196)，该方法更适用于低信噪比环境，且空间分辨率较高。然而，上述直接定位算法涉及的阵列节点大都以标量传感器为基础，仅利用标量信息实现目标定位，没有考虑物理场中的矢量信息。