[发明专利]一种声矢量圆阵宽带相干信号源方位估计方法

摘要

本发明提供的是一种声矢量圆阵宽带相干信号源方位估计方法。将接收数据分为L个子段，对每个子段进行J点的DFT变换，在每个子带得到1个3M×1维基阵快拍数据，从而得到声矢量圆阵的宽带数据模型；用预处理矩阵T_p(f_i)、T_vr(f_i)、将声矢量圆阵由阵元域变换到相位模态域，在相位模态域得到子带接收数据互谱矩阵R_epv(f_i)；通过频域平均的方法得到声矢量圆阵宽带信号的互谱矩阵R_epv；采用子空间处理方法进行方位估计，从而得到目标的方位。本发明在相位模态域实现了声压振速的联合信号处理，具有较强的噪声抑制能力，能够实现宽带相干信号源估计问题。同时设计聚焦矩阵时无需确定初始聚焦区域，克服了由于聚焦矩阵初始聚焦区域预估所引起的方位估计误差。

主权项

1.一种声矢量圆阵宽带相干信号源方位估计方法，其特征是：(1)将接收数据分为L个子段，对每个子段进行J点的DFT变换，在每个子带得到1个3M×1维基阵快拍数据，从而得到声矢量圆阵的宽带数据模型；(2)用声压预处理矩阵T_p(f_i)、径向振速预处理矩阵T_vr(f_i)、切向振速预处理矩阵将声矢量圆阵阵元域信号变换到相位模态域，从而得到声压、振速相位模态域信号；然后在相位模态域得到各子带声压振速的互谱矩阵R_epv(f_i)；(3)通过频域平均的方法得到声矢量圆阵宽带信号的互谱矩阵Repv；(4)采用子空间处理方法进行方位估计得到目标的方位；所述的得到声矢量圆阵的宽带数据模型为：其中，f_i表示工作频段内的第i个频率，Y_p(f_i)＝[Y_p1(f_i),…,Y_pM(f_i)]^T是M×1维声压传感器快拍向量，Y_vr(f_i)＝[Y_vr1(f_i),…,Y_vrM(f_i)]^T是M×1维径向振速传感器频域向量，是M×1维切向振速传感器频域向量，S(f_i)＝[S₁(f_i),…,S_N(f_i)]^T为N×1维频域信号向量，N_p(f_i)＝[N_p1(t),…N_pM(t)]^T是M×1维声压传感器频域噪声向量，N_vr(f_i)＝[N_vr1(f_i),…,N_vrM(f_i)]^T是M×1维径向传感器频域噪声向量，是M×1维切向传感器频域噪声向量；F＝[w_‑K,w_‑K+1…,w_K]，B_p＝diag[b_‑K,…,b_K]，b_q＝j^qJ_q(k_ir)，B_vr＝diag[b'_‑K/jk_iρc,…,b'_K/jk_iρc]，K＝[k_ir]，k_i＝2πf_i/c表示波数，ρ为流体密度，c为流体中的声速，b′_n表示b_n对半径r的导数；所述声压预处理矩阵T_p(f_i)、径向振速预处理矩阵T_vr(f_i)、切向振速预处理矩阵为：所述子带接收数据互谱矩阵Repv(fi)为：其中，Y_pe(f_i,l)，Y_vre(f_i,l)，表示第l段数据进行DFT变换后对应于频率f_i处的快拍数据；互谱矩阵R_epv为：采用子空间处理方法进行方位估计得到目标的方位的具体包括：1)对Repv进行特征分解；2)确定信号子空间Us和噪声子空间Un；3)根据信号参数范围由下式进行谱峰搜索，4)找出极大值点对应的角度就是信号入射方向。