[发明专利]基于数据重构的宽带相干源的方位估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种阵列信号处理方法。具体地说是一种目标方位估计方法。

背景技术

基于高分辨算法的阵列信号处理技术一直是科研的热点，而由于海洋环境的变化性以及水声信道的复杂性，许多经典的子空间类高分辨算法失去了其原有的优势，可靠性下降，实用性变差。最小方差无畸变波束形成(MVDR)算法能够提供最佳的信号保护、干扰消除和噪声降低能力，更适用于海洋环境。在实际的海洋环境中，声纳接收宽带信号的情况越来越多，宽带信号因其具有目标回波携带信息量大、混响背景相关性弱、有利于目标检测、参量估计和目标特征提取等特点，也在阵列信号处理领域中扮演日益重要的角色。随着科技的发展，宽带信号在移动通信、无线网路等和我们生活密切相关的多个方面中发挥着重要的作用。

传统的宽带相干源解相干技术需要进行方向预估，其性能受预估方位的影响，因此空间重采样等方法被陆续提出。文献[1][2]介绍了无需方向预估的宽带信号处理方法，文献[3]给出了一种适用于MVDR算法的更优越的子带分解方法。本发明结合文献[1][2][3]的优点并予以改进，可以获得更好的宽带相干源方位估计性能。

与本发明相关的参考文献包括：

[1]朱维杰，孙进才.基于阵列接收数据重采样的频率不变波束形成器[J].自然科学进展，2002，12(6)：669-672；

[2]朱维杰，孙进才.基于快速傅里叶变换插值的宽带信号方位估计[J].声学学报，2002，27(6)：513-517；

[3]Biao Jiang，Ye Zhu，Changyu Sun.DOA estimation of wideband sources using a constant-Q subband coherent MVDR method[C]//7th International Conference on Signal Processing Proceedings.Beijing，China，2004：2437-2440。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在高信噪比和小快拍数下具有稳定性能的基于数据重构的宽带相干源的方位估计方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)利用恒定相对带宽方法对宽带阵列接收数据进行子带分解，并与FFT分段叠加子带分解进行比较；

(2)选取宽带信号的最低频率作为聚焦频率，利用空间数据重构公式将各子带数据聚焦到同一频率；

(3)计算聚焦后的各子带数据的协方差矩阵，利用矩阵共轭重排原理改进协方差矩阵，将改进后的各子带数据的协方差矩阵取均值，作为最终的协方差矩阵；

(4)将最终的协方差矩阵利用MVDR算法进行空间谱估计，得到宽带相干源的方位信息。

本发明运用恒定相对带宽方法将接收数据进行子带分解，然后将时域的数据重构引入空间阵元域数据，结合矩阵共轭重排方法，提出一种基于数据重构的宽带相干源MVDR算法，不仅在低信噪比和少快拍数下有更高的角度分辨率，并且无需对角加载等处理即可克服高信噪比条件下MVDR算法的不稳定性，具有更优越的方位估计性能。

附图说明

图1为16元均匀线列阵，两个相干入射信号的中心频率f0＝800Hz，相对带宽为50％，入射角度分别为0°、8°，采样频率Fs＝10f0，快拍数为1000，信噪比为15dB时，采用FFT分段叠加子带分解方法，选取20个子带，基于FFT插值法获得的MVDR方位谱图。

图2为16元均匀线列阵，两个相干入射信号的中心频率f0＝800Hz，相对带宽为50％，入射角度分别为0°、8°，采样频率Fs＝10f0，快拍数为1000，信噪比为15dB时，采用恒定相对带宽子带分解方法，选取12个子带，基于FFT插值法获得的MVDR方位谱图。

图3为16元均匀线列阵，两个相干入射信号的中心频率f0＝800Hz，相对带宽为50％，入射角度分别为0°、8°，采样频率Fs＝10f0，快拍数为1000，信噪比为10dB时，基于FFT插值法获得的MVDR方位谱图。

图4为相同条件下，信噪比为50dB时，基于FFT插值法获得的MVDR方位谱图。

图5为入射角度分别为0°、6°，信噪比为10dB，快拍数为1000时，基于FFT插值法获得的MVDR方位谱图。

图6为入射角度分别为0°、6°，信噪比为10dB，快拍数为1000时，基于数据重构法获得的MVDR方位谱图。