[发明专利]一种线谱目标的互质阵互谱测向方法

说明书

一种线谱目标的互质阵互谱测向方法，属于阵列信号处理领域。为了解决现有单频信号线谱目标互谱测向方法测向精度低，不适应大于半波的大尺寸阵列问题。本发明首先对组成互质阵的两个子阵接收信号分别进行相邻阵元的互谱计算，得到互谱结果。然后对互谱结果取模平均，得到互谱幅度谱平均值；然后进行线谱检测，测得信号的频率。利用线谱互谱的相位谱进行相位差估计，得到两个子阵各自相邻阵元的线谱信号的两组相位差。对两组相位差进行分别平均，得到两个相位差均值，利用互质特性解相位差模糊，得到无模糊的相位差测量结果；最后利用相位差结果得到目标方向。本发明适用于单频信号测向。

技术领域

本发明属于阵列信号处理领域，具体涉及一种单频信号测向方法。

背景技术

对目标进行测向(波达方位估计DOA)是阵列信号处理中一个研究热点，互谱法只需要一个二元阵即可实现对目标的测向，方法计算过程简单，针对含有单频信号的线谱目标还可以利用在频率上的谱级信噪比高的优势提高对方位估计的精度和稳定性。互谱法方位估计的精度和信噪比、频率及阵间距有关，当信噪比、频率不变的情况下，阵长越长测向精度越高，但是当阵长大于半波间距时相位差估计结果会出现跳象限的现象，从而导致测向模糊，出现多解，而无法判断出真实方位。为了避免测向模糊，通常要求阵元间距要小于等于单频信号波长的一半，这会限制测向精度。互质阵采用多个阵元互质布阵的方式，能够在阵元数固定的情况下，获得更大的阵列孔径(阵长)，还可以利用互质特性获得目标方位的唯一解。为了改善互谱法对单频信号的测向的性能，同时又不出现方位多解的情况，这里给出了一种单频信号的互质阵互谱测向方法。

经过文献检索发现，有下列文献对互谱测向方法和互质阵进行了研究：

李霞，李志舜.利用回波互谱进行方位估计的两种方法研究.船舶工程.2002，(3)：55-57页.(以下简称文献1)

张小飞，林新平，郑旺，翟会.互质阵中空间谱估计研究进展.南京航空航天大学学报.2017，49(5)：：635-644.(以下简称文献2)

文献1研究了两种经典的互谱测向方法，一种是经典的互谱测向方法，一种是基于小波变换的互谱法。通过文献1的描述知道互谱法可以实现对目标的测向。文献1的方法无法解决阵元间距大时因相位跳变导致的测向模糊问题，与所提方法明显不同。

文献2总结了互质阵近年来在方位估计中的研究进展，由文献2可知目前关于互质阵方位估计方法主要集中在波束形成和空间谱估计领域。目前尚没有公开发表的文献进行过互质阵互谱法测向的研究。

发明内容

本发明为了解决现有单频信号线谱目标互谱测向方法测向精度低，不适应大于半波的大尺寸阵列问题，而提供了一种互质阵互谱测向方法。

一种线谱目标的互质阵互谱测向方法，该方法是基于MN互质阵实现的，MN互质阵是指有两个阵元间距分别为d₁＝Nλ/2和d₂＝Mλ/2等间距线阵构成的子阵，M、N互为质数，子阵1阵元数为M，子阵2阵元数为N；λ＝c/f_H为基阵可处理的上限频率f_H对应的波长，c为水中声速；

所述一种线谱目标的互质阵互谱测向方法，包括以下步骤：

步骤1、对组成互质阵的两个子阵接收信号分别进行相邻阵元的互谱计算，得到互谱计算结果X_1j(f)、X_2j(f)；

步骤2、根据步骤1测得的互谱结果取模平均，得到互谱幅度谱平均值X(f)；

步骤3、根据步骤2测得的幅度谱平均值进行线谱检测，测得信号的频率f₀；

步骤4、根据步骤1和步骤3测得的结果对线谱频率f₀的互谱结果对应的相位谱进行相位差估计，得到两个子阵各自相邻阵元的线谱信号的两组相位差和