[发明专利]一种基于矩阵滤波的水平阵匹配定位方法

说明书

本发明公开了一种基于矩阵滤波的水平阵匹配定位方法。采用高阶抛物方程模型，计算出不同步进处声场传播矩阵，通过不同步进矩阵的乘法运算得到声源‑接收范围内的系统传播矩阵；根据声源深度和水平阵阵元位置从不同距离系统传播矩阵中抽取矩阵系数，形成新的稀疏系统传播矩阵；随后，对稀疏系统传播矩阵进行处理；形成矩阵滤波器组；最后，采用矩阵滤波器组对水平阵接收信号进行处理，形成距离‑深度模糊度图，获得目标定位结果。本发明可以有效提高深度维主瓣与旁瓣的能量比，降低整个二维模糊度图中的高噪点数量，提高目标定位的深度和距离分辨率，对于实际环境下目标定位的性能提升具有重要的价值。

技术领域：

本发明属于水下目标被动定位技术领域，具体涉及一种基于矩阵滤波的水平阵匹配定位方法。

背景技术：

水中目标在航行时辐射声信号，可以在水下进行远距离传播，是实现水下目标被动定位的基础。通过对水下声传播建模，分析声信号在水下的时-空-频干涉结构，构建实测-仿真数据匹配关系，形成不同的水下目标被动定位方法。例如基于声压匹配的匹配场定位方法(Bartlett线性估计器、最小方差无失真响应波束形成器、多约束处理器等)、基于简正波模态的匹配模定位方法、基于不同波束入射能量的匹配波束定位方法等。水下声波传播时由于海水海面界面的影响，在垂直维形成驻波场，在水平维为行波场，由于驻波场声场干涉结构复杂，因此垂直阵被动定位方法更易获得较好的定位结果，然而由于实际情况下为了获得较好的目标测向结果，装备上通常采用水平阵作为主要的被动接收阵，因此提升水平阵被动定位性能具有重要的价值。当前水平阵匹配定位方法模糊度图旁瓣较高，深度和距离分辨率较低，在实际情况下难以获得可靠的目标定深和测距结果。

发明内容：

本发明提供一种基于矩阵滤波的水平阵匹配定位方法，该方法可以有效的提高深度维主瓣与旁瓣的能量比，降低整个二维模糊度图中的高噪点数量，提高目标定位的深度和距离分辨率。

本发明的技术解决方案是，提供一种基于矩阵滤波的水平阵匹配定位方法,该方法步骤如下，

步骤1，采用高阶抛物方程模型，计算出不同步进处声场传播矩阵；

步骤2，通过不同步进处声场传播矩阵的乘法运算得到声源-接收范围内的系统传播矩阵；

步骤3，根据声源深度和水平阵阵元位置从不同距离系统传播矩阵中抽取矩阵系数，形成新的稀疏系统传播矩阵；

步骤4，对稀疏系统传播矩阵进行处理，利用最小二乘估计方法，并增加对角负载因子，形成矩阵滤波器组；

步骤5，采用矩阵滤波器组对水平阵接收信号进行处理，形成距离-深度模糊度图，获得目标定位结果。

作为优选，步骤1中，采用二维高阶Padé近似的抛物方程表示成多步矩阵方程，具体如下，

R_lU_l＝S_lU_l-1(l＝1,2,...,L),

其中，R_l,S_l为海洋环境参数矩阵，U_l为不同距离声压向量。

作为优选，步骤2中，由上一个水平距离处的不同深度声场值向量向下一个水平距离处的不同深度声场值向量递推求解的过程，可按如下的形式表示：

其中，矩阵T(r+dr)为距离水平阵r+dr距离处传播矩阵，dr为距离网格间隔。

作为优选，步骤3中，为了获得不同距离处的系统传播矩阵，需要包含不同数量间隔的传播矩阵相乘，r+dr距离处系统传播矩阵可以表示为：

PM(M*dr)＝T(M*dr)T((M-1)*dr)…T(m*dr)…T(2)T(1)

其中，PM为不同距离处系统传播矩阵。