[发明专利]一种基于MUSIC算法的频率分集阵列两层介质目标定位方法

权利要求书

1.一种基于MUSIC算法的频率分集阵列两层介质目标定位方法，其特征是，包括如下步骤：

1)构造单发单收的频率分集阵列；

2)利用步骤1)构造的频率分集阵列对目标所在区域进行扫描，确定电磁波在两层介质分界面的折射点位置，根据折射点位置，确定电磁波在两层介质中的传播路径，即确定传播时延；

3)根据步骤2）得到的时延，推导出两层介质的频率分集阵列的发射-接收波束方向图，分析波束方向图，在洛必达法则下，距离和角度呈简单的数学关系，即两组频偏不同的频率分集阵列发射-接收方向图完全包含了解耦后的距离、角度信息；

4)依据步骤3)的分析，改变频偏，利用步骤1)构造的频率分集阵列对目标所在区域再次进行扫描，从而得到两组不同频偏情况下各阵元接收的回波信号；

5)对回波进行匹配滤波，得到基带信号回波，根据L个回波信号快拍数据得到回波信号协方差矩阵的估计值；

6)对步骤5)的估计值进行特征值分解，根据特征值大小，把与目标源个数K相等的特征值和其对应的特征矢量看成信号子空间，将余下的2N-K个特征值和特征矢量作为噪声子空间；

7)根据步骤6)得到的噪声子空间构造谱函数，对距离和角度变化进行逐点计算，寻找波峰即可完成目标定位。

2.根据权利要求1所述的基于MUSIC算法的频率分集阵列两层介质目标定位方法，其特征是，所述的步骤1)中，所构造的频率分集阵列的各个阵元仅接收自身发出的信号。

3.根据权利要求1所述的基于MUSIC算法的频率分集阵列两层介质目标定位方法，其特征是，所述的步骤1)中，所构造的频率分集阵列的每个阵元的发射频率依次线性增加，第n个阵元发射信号的载频f_n为：

f_n＝f₀+nΔf₁ n＝0,1,…,N-1

式中，f₀为频率分集阵列的基准载频，Δf₁为频率分集阵列的初始频率偏置，N为频率分集阵列的阵元个数。

4.根据权利要求1所述基于MUSIC算法的频率分集阵列两层介质目标定位方法，其特征是，步骤3)中根据折射点位置推导出两层介质的频率分集阵列的发射-接收波束方向图为：

上式中，f₀为频率分集阵列的基准载频，Δf为频率分集阵列的初始频率偏置，θ₂为观测目标点与频率分集阵列的参考阵元在分界面的折射点的法向夹角，R₀₁为频率分集阵列的参考阵元与其对应的折射点的距离，R₀₂为折射点到观测目标点的距离，c₁为电磁波在介质1的电磁波传播速度，c₂为电磁波在介质2的电磁波传播速度，d为频率分集阵列的阵元间隔，n＝0,1,…,N-1，N为该频率分集阵列的阵元个数。

5.根据权利要求1所述基于MUSIC算法的频率分集阵列两层介质目标定位方法，其特征是，步骤7)中，构造噪声子空间的谱函数为：

U_N为步骤6)中2N-K个小特征值对应的特征矢量，称为噪声子空间，a(R,θ)是空间中一个位置为(R,θ)的阵列流型。