[发明专利]基于夹角可调双L阵的水下二维波达方向估计方法与装置

权利要求书

1.一种基于夹角可调双L阵的水下二维波达方向估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

建立夹角可调双L阵的信号接收模型；

分别建立三个线阵的子阵列模型，推导出两个水平阵列和垂直阵列的旋转算子表达式；

分别建立三个线阵的旋转算子对角元素与各自波达方向角之间的关系；

根据立体几何关系建立目标信号的方位角、俯仰角和到达三个线阵的波达方向角之间的关系；

对三个线阵的子阵列的旋转算子中的对角元素进行配对；

根据配对结果求出目标信号的方位角和俯仰角；

设定N次不同的两水平线阵夹角值α_n,n＝1,2,…,N，且α_n∈(0,π/2)，重复以上步骤，对求出的N个目标信号的方位角和俯仰角分别取平均值得到最终目标信号的方位角和俯仰角。

2.根据权利要求1所述的一种基于夹角可调双L阵的水下二维波达方向估计方法，其特征在于，所述夹角可调双L阵的信号接收模型包括三个均匀线阵，其中两个阵列之间的夹角可变，这两个线阵称为水平线阵，第三个线阵与另外两个线阵正交，这个线阵称为垂直线阵，即垂直线阵分别与两个水平线阵组成L线阵，所述三个线阵中每个线阵都有M个阵元且阵元之间距离为d，K个窄带目标信号分别为S₁,S₂,…,S_K，中心频率为f，两水平线阵分别设为x轴和y轴，且它们之间夹角为α_n，垂直线阵设为z轴；设目标信号的方位角为信号入射方向在xy平面投影与x轴的夹角，俯仰角为信号入射方向与xy平面的夹角，当x轴和y轴夹角为α_n时，K个目标信号的方位角设为θ_ni,i＝1,2,…,K且θ_ni∈(0,π)，俯仰角设为φ_ni,i＝1,2,…,K且φ_ni∈(0,π/2)；当x轴与y轴之间的夹角为α_n时，K个目标信号入射方向与x轴法线的夹角分别为θ_nx1,θ_nx2,…,θ_nxi,…,θ_nxK，与y轴法线的夹角分别为θ_ny1,θ_ny2,…,θ_nyi,…,θ_nyK，与Z轴法线的夹角分别为θ_nz1,θ_nz2,…,θ_nzi,…,θ_nzK；x轴方向均匀线阵的模型中，以第一个阵元为参考点，则第一个阵元在t时刻接收的信号为：

其中s_i(t)表示第i个源信号，n₁(t)表示第一个阵元上的噪声；接收信号满足窄带条件，即当信号延迟远小于带宽倒数时，延迟作用相当于使基带信号产生一个相移，那么第m个阵元在同一时刻接收到的信号为：

其中λ_i表示第i个目标源反射回来的声波波长，n_m(t)表示第m个阵元上的噪声，将各阵元的接收信号排列成列向量形式，则整个水平线阵接收的信号能够用以下矢量式子表示：

X(t)＝AS(t)+N(t) (1)

其中，为M×K的导向矢量矩阵，X(t)＝[x₁(t),x₂(t),…,x_M(t)]^T为M×1的接收信号矩阵，S(t)＝[s₁(t),s₂(t),…,s_K(t)]^T为K×1的源信号矩阵，N(t)＝[n₁(t),n₂(t),…,n_M(t)]^T为M×1的噪声矩阵，同理得到y轴和z轴方向均匀线阵的信号接收模型。