[发明专利]一种适用于极地脉冲噪声环境的冰下声源定位方法

说明书

本发明公开了一种适用于极地脉冲噪声环境的冰下声源定位方法，获取声源信号，提取所述声源信号的频率信息，计算期望信号对应频点的协方差矩阵，并进行矩阵范数归一化；选择声场模型，在搜索区域内进行网格点划分，通过声场模型计算网格点处的拷贝场向量和对应的归一化拷贝场向量；归一化拷贝场向量共轭相乘得到拷贝场矩阵，对其进行重构；计算归一化协方差矩阵和重构拷贝场矩阵间的相对熵距离，估计每个网格点位置的归一化输出功率，对归一化后的输出功率进行排序，归一化输出功率大于给定阈值的网格点位置即为冰下声源的真实位置，网格点的数量即为冰下声源的数量。本发明具备更窄的主瓣宽度、更低的旁瓣级和更高的定位分辨率。

技术领域

本发明属于水声阵列信号处理领域，涉及一种适用于极地脉冲噪声环境的冰下声源定位 方法，特别是一种基于相对熵距离匹配场的适用于极地脉冲噪声环境的冰下声源定位方法。

背景技术

由于冰下噪声具有显著的脉冲特征，进行极地冰下声源探测定位会受到较频繁的脉冲噪 声干扰。脉冲噪声具有很强的非高斯性，统计上表现出较厚的拖尾，且常包含很多的瞬变信 号特性。常规的匹配场处理器常用满足高斯分布的噪声进行建模研究，在脉冲噪声下使用可 能会出现性能下降定位精度的情况，在严重时甚至会定位失败。因此，需要适用于冰下脉冲 噪声环境的匹配场定位方法。

此外，在实际海洋中，水下声源被动探测定位面临的一大难点问题是对未知个数的声源 进行高分辨的位置估计。匹配场定位方法作为结合水声物理场与信号处理的代表性方法，利 用了先验的海洋环境信息，通过模型计算的声场与实际接收数据进行“匹配”估计目标位置， 获得了更好的分辨率和更高的增益。但是，常规匹配场Bartlett处理器和基于黎曼距离的匹配 场处理器很难对多个声源目标进行有效定位，其分辨率不足；子空间类方法(如MUSIC算 法)不适用于匹配场处理中，且该方法需要已知声源个数信息。因此，需要高分辨且低旁瓣 的多声源自适应匹配场定位方法。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种适用于极地冰下脉冲噪声环境 的、冰下声源数目未知情况下的冰下声源定位方法，具备更窄的主瓣宽度、更低的旁瓣级和 更高的定位分辨率。

为解决上述技术问题，本发明的一种适用于极地脉冲噪声环境的冰下声源定位方法，包 括以下步骤：

步骤1：获取声源信号，提取所述声源信号的频率信息，计算所述声源信号中有效期望 信号对应频点的协方差矩阵，并对协方差矩阵进行Frobenius范数归一化，得到归一化后的协 方差矩阵；

步骤2：选择声场模型，确定声源的搜索区域范围(R，Z)，其中，R表示搜索区域距离阵列的水平距离范围，Z表示搜索区域距离阵列的深度范围，在搜索范围内进行网格点划分， 将网格点作为假设声源的位置；

步骤3：根据声场模型计算每个网格点处的拷贝场向量并对拷贝场向量进行归一化，得 到归一化后的拷贝场向量；

步骤4：归一化后的拷贝场向量共轭相乘得到网格点的拷贝场矩阵；

步骤5：对每个网格点的拷贝场矩阵进行重构得到网格点的重构拷贝场矩阵；

步骤6：计算归一化后的协方差矩阵与每个网格点的重构拷贝场矩阵的相对熵距离，具 体为：

归一化后的协方差矩阵K_f与网格a_i的重构拷贝场矩阵R_M(a_i)的相对熵距离 d(K_f,R_M(a_i))满足：

其中，i＝1…N表示不同网格点序号，N为网格数量；

步骤7：估计每个网格点位置的归一化输出功率，对归一化后的输出功率进行排序，归 一化输出功率大于给定阈值的网格点位置即为冰下声源的真实位置，网格点的数量即为冰下 声源的数量。