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基于對角減載的水聲陣列smi-mvdr空間譜估計方法
【專利摘要】本發明提供的是一種基于對角減載的水聲陣列SMI-MVDR空間譜估計方法。聲納水平直線陣列接收信號，對陣列接收信號作自相關處理得到采樣矩陣，通過對采樣矩陣進行SVD奇異值分解得到采樣矩陣的特征值，進一步算出最佳減載系數，將采樣矩陣上乘以最佳減載系數，得到對角減載后的自相關矩陣，進一步進行SMI-MVDR波束形成得到空間譜估計的輸出結果。本發明所述的空間譜估計方法能夠有效的克服水聲環境低信噪比和時變的特點，實現多目標的分辨并準確估計每個目標的方位角，在水聲陣列信號處理中有著廣泛的應用前景。
【專利說明】基于對角減載的水聲陣列SM1-MVDR空間譜估計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種水聲陣列信號處理方法，特別涉及到一種基于對角減載的水聲陣列SM1-MVDR空間譜估計方法。
【背景技術】
[0002]空間譜估計一直以來都是水聲陣列信號處理研究領域的一個熱點，主要目的是對信號信源數和目標的波達方向等參數進行估計，從而對多目標進行分辨并估計目標方位角(參見:A Fast Multiple-Source Detection and Localization ArraySignal Processing Algorithm Using the Spatial Filtering and ML Approach.1EEETransactions on Signal Processing, 2007，55 (5): 1815 - 1827)。傳統的空間譜估計方法可分為波束形成法和子空間分解法，基于子空間分解的空間譜估計方法的理論分辨能力在高信噪比和大數據樣本條件下不受陣列孔徑的限制，但是該方法在信號信源數估計不正確時會嚴重影響其性能，這一問題在低信噪比時尤為突出，相關文獻對信源數的估計進行了深入的石開究(參見:Nonparametric detection of signals by informationtheoretic criteria performance analysis and improved estimator.1EEE Trans, onSignal Processing, 2010, 58(5):2746-2756 ;基于導向矢量信號的未知信源數DOA估計算法.系統工程與電子技術，2013，35(10): 2027-2031)，但該問題依然沒有得到很好的解決。由于海洋環境的復雜性，水聲陣列常常工作于低信噪比的條件下，且在實際使用中，目標源數通常是未知的而水聲陣列的孔徑也不可能很大，Bartlett和MVDR波束形成仍然是水聲陣列信號處理最常用的處理手段(參見！Comparing the resolution of Bartlettand MVDR estimators for bottom parameter estimation using pressure and vectorsensor short array data.0CEANS2013MTS/IEEE Bergen, art.n0.6608071),但因為Bartlett的空間角分辨力取決于陣列的物理孔徑,受瑞利限(Rayleigh Limitation)的限制(參見:Detection of signals by information theoretic criteria.1EEE Trans, onAcoustics, Speech, and Signal Processing, 1985, 33 (2): 387-392),無法滿足高分辨的應用需求，所以MVDR波束形成在水聲陣列信號領域的應用更為廣泛。水聲信道是個時變信道，在信號處理過程中需要進行自適應調整，因而采樣矩陣求逆(SMI)和MVDR的結合使用更能夠在水聲陣列的空間譜估計中取得好的效果。
[0003]不管是波束形成法還是子空間分解法，都是對陣列接收信號的自相關矩陣進行處理，國內外學者對對角加載的空間譜估計方法進行了相關研究(參見:基于協方差矩陣對角加載的信源數估計方法.系統工程與電子技術，2008，30(1):46-49;對角加載對信號源數檢測性能的改善.電子學報，2004，32 (12): 2094-2097; On robust Capon beamforming anddiagonal loading.1EEE Transactions on Signal Processing, 2003，51 (7):1702-1715),但由于信號和噪聲的相關性，導致陣列接收信號的自相關矩陣中主對角線元素上的噪聲分量最大，而對角加載法將帶來波束形成處理增益的損失，降低了多目標的分辨能力。
[0004]多目標分辨以及目標方位估計是聲納系統目標識別的重要內容，對于目標跟蹤等有著基礎性的作用，因而，研究一種能夠有效的適用于水聲陣列的空間譜估計方法是很有必要的，該方法將在水聲陣列信號處理中有著廣泛的應用前景。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提出一種適用于水聲陣列，能夠較好的克服水聲環境中低信噪t匕、水聲信道的時變性等問題，能更好地完成聲納系統的多目標分辨和目標方位估計任務的基于對角減載的水聲陣列SM1-MVDR空間譜估計方法。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:
[0007]步驟一，N個水聽器等間距水平排列組成聲納接收陣列，用數據采集器采集目標輻射噪聲，即為陣列接收信號X，對接收信號作自相關處理得到采樣矩陣食x ;
[0008]步驟二，對采樣矩陣:^χ進行SVD奇異值分解得到采樣矩陣的特征值仏，灸=1，2，...,#，分別求出采樣矩陣特征值尾的最小值—11(允)和采樣矩陣良的對角線上的元素的最大值
【權利要求】
1.一種基于對角減載的水聲陣列SM1-MVDR空間譜估計方法，其特征是: 步驟一，N個水聽器等間距水平排列組成聲納接收陣列，用數據采集器采集目標輻射噪聲，即為陣列接收信號X，對接收信號作自相關處理得到采樣矩陣 步驟二，對采樣矩陣進行SVD奇異值分解得到采樣矩陣的特征值
【文檔編號】G01S3/802GK103901421SQ201410109042
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月24日 優先權日:2014年3月24日
【發明者】趙安邦, 宋雪晶, 惠娟, 周彬, 何呈, 李東東, 曾財高, 畢雪潔, 馬林, 馬駿 申請人:哈爾濱工程大學