[发明专利]水下自主航行器的四元接收稀疏阵型及接收信号方法

权利要求书

1.一种水下自主航行器的四元接收稀疏阵型，包括四个水听器P₁、P₂、P₃和P₄；其特征在于：P₁为原点，P₂与P₁位于同一直线且P₂于航行器的航行方向，P₁、P₃和P₄位于同一直线上且与航行方向垂直；其中：P₁与P₂阵元之间的间距与P₁与P₃阵元之间的间距相等，且满足条件d≤λ/2；P₁与P₄阵元之间的间距d≥λ/2；所述λ为发射声信号的波长；接收信号的处理步骤如下：

步骤1：对任一阵元接收信号进行时域检测，得到信号直达波的边缘位置；

步骤2：对任一阵元接收信号进行FFT频域变换，得到接收到信号的频率；

步骤3：对四个阵元接收到的信号，从直达波的边缘位置起，各截取同样长度的信号片段；利用阵元P₁和P₂的信号片段，使用互功率谱法得到角度利用阵元P₁和P₃的信号片段，使用互功率谱法得到角度利用阵元P₁和P₄的信号片段，使用互功率谱法得到角度

步骤4：根据和对进行阶梯法补偿，得到补偿后的角度原则如下：

当符号为正时，的值大于30度时，补偿系数为-δ₁；的值大于20度、小于30度时，补偿系数为-δ₂；的值小于20度时，补偿系数为-δ_3；

当符号为负时，的值大于30度时，补偿系数为δ₁；的值大于20度、小于30度时，补偿系数为δ₂；的值小于20度时，补偿系数为δ_3；

补偿系数δ₁、δ₂和δ₃为[60°，75°]，δ₁δ₂δ₃；

步骤5：声源方向向量为阵元P₂到阵元P₁的单位向量为阵元P₃到阵元P₁的单位向量为阵元P₄到阵元P₁的单位向量为得：

方程(1)和(2)可以解得一个声源的二维坐标方程(1)和(3)同样解得一个二维坐标按照几何关系，利用以下公式计算得到两个水平角的估计值和两个俯仰角的估计值

步骤6：由以上计算得到两组水平角和俯仰角的估计值和按照取平均计算得到最终的水平角估计值和俯仰角估计值