[发明专利]一种基于距离维波束形成的三元阵被动测距方法

摘要

本发明涉及一种基于距离维波束形成的三元阵被动测距方法，基本原理和实施方案经过了计算机数值仿真的验证，其结果表明：与传统三元阵被动测距方法相比，本发明所提基于距离维波束形成的三元阵被动测距方法，可以在不增加信号带宽的前提下获得更高精度的时延估计结果，从而获得优于传统方法的被动测距性能。

主权项

1.一种基于距离维波束形成的三元阵被动测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：定义位于同一水平面上的三个等间距阵元构成三元阵被动测距系统，其中设点声源目标为M，三个等间距阵元分别对M的辐射信号进行采集，且采集时长均为T0；对三个阵元上采集的信号进行互相关处理，获得多个时长为2T0的互相关输出；步骤二：对步骤一得到的多个互相关输出，使用高分辨波束形成方法获得每个互相关输出的高精度时延估计结果，计算出点声源目标与其中一个阵元之间的距离；包括以下子步骤：子步骤一：将多个互相关输出分别进行傅里叶变换，获得互相关输出的频域结果，且根据频域处理信号占据的频段，在该频段内提取L组离散频率分量X，其中X的每一行代表一组离散频率分量，且第l行中第p个(l＝1,2,...,L)离散频率分量表示为Xl(fp)；子步骤二：L组离散频率分量X的中心频率为L×1维列向量f＝[f1,f2,…,fL]T，其中fl代表第l(l＝1,2,…,L)组离散频率分量的中心频率，[]T表示转置；利用L组离散频率分量X构建L×L维协方差矩阵R：R＝XXH其中，X＝[X1(f1)X2(f2)…XL(fL)]H；子步骤三：针对步骤一得到的互相关输出设计距离维加权向量a(τ)＝exp(‑j2πfτ)，其中τ为扫描时所使用的时间延迟变量，其取值范围是[0,dmax/c]，dmax为三元阵之间阵元间距的最大值；子步骤四：使用Capon波束形成法或者MUSIC法获得时间维扫描输出；当使用Capon波束形成法处理互相关输出时，所获得的时间维扫描输出可表示为:当使用MUSIC法处理互相关输出时，在被动测距时令目标数为1，所获得的时间维扫描输出表示为:其中，uN为对协方差矩阵R进行特征分解所获得的N‑1个小特征值的特征向量所组成的矩阵。对所有互相关输出获得时间维输出后，通过在峰值附近进行搜索等处理估算得到高精度的时延估计结果。步骤三：依据步骤二中测得的高精度相对时延，分别代入等间距三元阵测距的计算公式，获得目标的测距结果：式中，τ12和τ23分别为所估计的1号和2号、2号和3号阵元接收信号的时间差，τd＝τ23‑nτ12是时间差之差，d是相邻阵元间距，θ是点声源目标与2号阵元的方位角，c是声速。