[发明专利]一种基于时反聚焦的ULA目标多源定位方法及装置

说明书

本发明提出一种基于时反聚焦的ULA目标多源定位方法及装置，所述方法包括：设定真实目标位置，获取海面虚源和海底虚源的位置，远场条件下通过ULA发射探测信号，获取设定的真实目标、海面虚源和海底虚源的方位向量；采用ULA目标定向增益算法估计真实目标、海面虚源和海底虚源方位；利用估计出的各声源方位组成超定方程组，对所述超定方程组的多个解进行均匀加权，估计真实目标位置。本发明通过利用波导环境多径效应形成的多个虚源，以及时反自适应空域聚焦特性增强阵列各阵元接收信号的能量，从而达到准确目标方位估计的目的。

技术领域

本发明涉及水声信号处理技术领域，具体涉及一种基于时反聚焦的ULA目标多源定位方法及装置。

背景技术

时反(Time Reversal，简称TR)自1965年发展至今已广泛应用于各个领域，包括超声波目标检测及定位、医学人体病理诊断、数学理论模型、水声目标检测定位及无线通信领域等。超声波领域M.Fink作为TR的领导者，不但统一了TR的定义且无论试验还是理论均对TR的发展起到巨大推动作用。医学领域中Benjamin T.Cox和Bradley E.Treeby将TR应用于人体光声成像，可无需考虑人体内部结构差异造成传播介质是否均匀的情况，指出截断接收数据的TR处理可提高三维成像质量。A.C.Fannjiang从数学领域详细论证了TR镜的原理，引入5种不同类型的TR镜模型分析和讨论了二维、三维背景下边界条件、传播波形及聚焦点之间的联系。水声工作者们对水声TR做了深入的理论研究和大量的试验，代表人物有Darrell R.Jackson、David R.Dowling及W.A.Kuperman。H.C.Song等人对基于浅水信道TR通信的MIMO(Multi Input Multi Output，多输入多输出)系统进行了研究，线性系统下不同接收深度可同时获得多重聚焦，表明MIMOTR通信可提高信号源和接收阵之间的通信速率。

目标定位是水声信号处理中的关键问题，二维平面内以探测系统为原点建立极坐标系对目标进行定位需要获得距离和方位角，因此测向时还需目标距离的测定，最终可归结为方位和时延的联合估计。方位估计包括传统波束形成法、时延估计法和高分辨率方位估计法，时延估计包括广义互相关法(GCC)、相位谱法、参量模型法和自适应时延估计法。许多学者在此基础上提出一些新时延估计算法，如高阶累积量法、小波变换法；高分辨方位估计新算法大致包括子空间类方法、参数模型法、解卷积方法、极大似然法及二阶矩定向方法。

新时延估计算法虽然在估计精度上有所提高，但存在运算量高、高信噪比限制及未知噪声背景下模型失配等问题。而均匀线列阵利用时反定位都是考虑信号传播中的直达路径，因为直达路径对应的时延会直接给出目标的方位特性，而对于浅海波导环境多径效应的应用存在一定限制。

发明内容

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于时反聚焦的ULA(UniformLinear Array，均匀线列阵)目标多源定位方法及装置，解决在波导浅海强噪声环境下无法进行有效的目标定位问题。通过利用波导环境多径效应形成的多个虚源，以及时反自适应空域聚焦特性增强阵列各阵元接收信号的能量，从而达到准确目标方位估计的目的。

本发明第一方面，提出一种基于时反聚焦的ULA目标多源定位方法，所述方法包括如下步骤：

S1、设定真实目标位置，获取海面虚源和海底虚源的位置，远场条件下通过ULA各阵元获取设定的真实目标、海面虚源和海底虚源的方位向量；

S2、采用ULA目标定向增益算法估计真实目标、海面虚源和海底虚源方位；

S3、利用估计出的各声源方位组成超定方程组，对所述超定方程组的多个解进行均匀加权，得到真实目标位置。

优选的，所述步骤S1具体为：