[发明专利]一种基于协方差矩阵修正的极地冰下DOA估计方法

说明书

本发明的目的在于提供一种基于协方差矩阵修正的极地冰下DOA估计方法，包括以下步骤：在位于信号源远场的接收端搭建CACIS结构互质阵，各个阵元接收到K个不同方位入射的信号，对互质阵列接收信号x(t)建模得到接收数据矩阵X(t)，计算阵列接收数据矩阵X(t)的相位分数低阶协方差矩阵C_xx，计算互质阵列接收信号所对应的等价虚拟信号，构造多快拍接收数据矩阵Y，构建稀疏重构优化问题并求解，通过谱峰搜索获得DOA估计结果。本申请利用相位分数低阶相关(PFLOC)方法对协方差矩阵进行修正，在搭建CACIS结构互质阵的基础上构造了多快拍接收数据和相应的稀疏重构问题，改进了阵列性能，实现了在高斯噪声和脉冲噪声环境下均能对目标进行精确DOA估计的目的。

技术领域

本发明涉及的是一种DOA估计方法，具体地说是极地冰下DOA估计方法。

背景技术

在极地地区，冰下噪声的来源广泛。除了常规的风成噪声、水下噪声等高斯类环境噪声源外，其特有的冰源噪声也是噪声源的主要构成部分。由于浮冰之间的相互运动导致其出现剧烈的摩擦、挤压、磨碎，相应产生出很强的脉冲噪声干扰。本发明正是为了解决极地冰下目标方位估计中的强冰源脉冲噪声干扰问题而提出的。DOA估计是阵列信号处理中的重要研究方向，在目标探测中发挥着重要作用。互质线阵具有合成孔径大，分辨率和阵列自由度高等优势，在DOA估计领域具有广阔的应用前景。然而，目前常用于互质阵DOA估计的空间平滑MUSIC(SSMUSIC)算法和稀疏重构类算法大都假设背景噪声为高斯白噪声，其性能在极地脉冲噪声背景下严重恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供适用范围更广、估计精度更高且稳健性更强的一种基于协方差矩阵修正的极地冰下DOA估计方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于协方差矩阵修正的极地冰下DOA估计方法，其特征是：

(1)在极地冰下环境中存在K个可以辐射声波的目标，接收端通过水平阵列接收目标发出的声信号，K个窄带不相关信号从信号源发射后，在极地冰下环境中传播后到达接收位置，在位于信号源远场的接收端搭建CACIS结构互质阵，各个阵元接收到K个不同方位入射的信号；

(2)对互质阵列接收信号x(t)建模得到接收数据矩阵X(t)；

(3)计算阵列接收数据矩阵X(t)的相位分数低阶协方差矩阵C_xx，位于(i,j)的元素c_ij定义为：

其中，0＜p＜α/2，0＜α≤2代表脉冲噪声的特征指数；x_i(t)与x_j(t)分别为阵元i，j在t时刻的接收数据；

(4)计算互质阵列接收信号所对应的等价虚拟信号，对C_xx做矢量化处理，获得虚拟阵列接收信号z，对z去除冗余和重排，得到连续虚拟阵元对应的等价虚拟信号

(5)构造多快拍接收数据矩阵Y，对等价虚拟信号进行平滑处理，将其视为多个重叠子阵接收到的数据，转化为多快拍接收数据矩阵Y：

其中，为连续虚拟阵元总数，为子阵阵元数，为平滑次数，表示虚拟接收数据的第j个元素；

(6)构建稀疏重构优化问题并求解，将空间等角度划分为{θ₁,θ₂,…,θ_J}，得到对应的观测矩阵A_obs，稀疏化后接收数据矩阵Y表示为以下形式：

Y＝A_obsS+N_n

其中，S为待求解的维稀疏信号矩阵，N_n为加性噪声矩阵；