[发明专利]一种基于数据预处理的极地冰下DOA估计方法

说明书

本发明的目的在于提供一种基于数据预处理的极地冰下DOA估计方法，包括以下步骤：在接收端搭建Q元CACIS结构互质阵，并对互质阵接收信号x(t)进行建模，得到阵列接收数据矩阵X(t)；对X(t)取绝对值得到X′(t)，在X′(t)中随机选取Nsubgt;m/subgt;列数据构成矩阵G，构造矢量h；估计幅值上限Bsubgt;m/subgt;；对阵列接收数据矩阵X(t)进行归一化处理；获得互质阵列接收信号对应的等价虚拟信号；构造多快拍接收数据矩阵Y；构建多快拍稀疏重构优化问题并求解；通过谱峰搜索获得DOA估计结果。本发明进一步改进了阵列DOA估计性能。能够在高斯白噪声和脉冲噪声背景下均实现准确DOA估计，并且提升了估计精度和稳健性，具有更为广阔的应用前景。

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

DOA估计是阵列信号处理中的重要研究方向，在目标探测方面起着重要作用。在极地地区，由于表面海冰的破裂以及浮冰的相对运动，会在冰层中引起摩擦、挤压、破裂等现象，形成了除风成噪声、水下噪声等高斯类环境噪声外，独特的冰源噪声。冰源噪声表现出很强的脉冲特性，是一种短持续时间、大带宽的特殊干扰，存在于阵列接收到的部分数据中，会严重影响阵列的DOA估计性能。互质线阵能够在相同物理阵元数目的条件下，产生出更多的虚拟阵元，提升DOA估计精度。目前常用于互质阵的空间平滑MUSIC(SSMUSIC)和稀疏重构类算法通常假设背景噪声为高斯白噪声，当阵列接收信号中包含强冰下脉冲噪声干扰时，其性能会大幅下降。

发明内容

本发明的目的在于提供能进一步提升估计精度和稳健性的一种基于数据预处理的极地冰下DOA估计方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于数据预处理的极地冰下DOA估计方法，其特征是：

(1)假设极地冰下环境中存在K个目标，在接收端采用水平阵列接收目标发射出的声信号，K个窄带非相干信号从发射端出射后，在极地环境中传播后到达位于发射位置远场的接收端，在接收端搭建Q元CACIS结构互质阵，并对互质阵接收信号x(t)进行建模，得到阵列接收数据矩阵X(t)；

(2)对X(t)取绝对值得到X′(t)，在X′(t)中随机选取N_m列数据构成矩阵G，构造矢量h：

其中，h_i＝max{G(：,i)},i＝1,2,…,N_m；

(3)估计幅值上限A_max，对h中元素进行升序排列，假设若m为正实数，调整的幅值为：

其中，n为可调参数，重复步骤(3)上述排序和幅值调整操作，直到则计算：

A_max＝mean{h}；

(4)对阵列接收数据矩阵X(t)进行归一化处理，新的数据X″(t)为：

(5)获得互质阵列接收信号对应的等价虚拟信号，计算X″(t)的协方差矩阵R_x，对其做向量化处理，获得虚拟阵列接收信号z，对z去除重复元素并重新排列，得到连续虚拟阵元对应的等价虚拟信号

(6)构造多快拍接收数据矩阵Y，将视为多个重叠子阵接收到的数据，得到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；