[发明专利]一种基于多簇的加权MUSIC声源直接定位方法

权利要求书

1.一种基于多簇的加权MUSIC声源直接定位方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)建立多簇的阵列模型；

根据系统中各接收阵的空间位置分布，环境噪声级以及各阵列时间同步性条件，将系统划分为若干个簇，簇内的接收阵列满足接收信号时间和相位同步，若某个阵列和其余阵列之间均不满足接收信号时间和相位同步，则这个阵列自身为一簇；

根据接收系统中阵列的空间分布情况，将整个系统分为K个簇，每个簇包含L_k个接收阵，共有Q个目标，发射中心频率为f_c的窄带信号，第q个目标的发射信号为s_q(t)(1≤q≤Q,1≤t≤T)，T表示记录时间长度；得到第k个簇中第l个接收阵的接收信号为：

其中ρ_k,q是信号在传播过程中的未知衰减因子，a_k,l(p_q)是第k个簇中第l个接收阵的导向向量，τ_k,l(p_q)是信号传播时延，a_k,l(p_q)和τ_k,l(p_q)都是目标位置的函数，s_q(t)是目标的辐射信号，n_k(t)是第k个簇中阵列接收的高斯白噪声；

(2)簇内相关处理；

相关处理时将簇内各接收阵列看作一个大阵，将簇内所有阵元的采样数据对中心频率以10Hz的带宽进行滤波，计算滤波后数据的采样协方差矩阵，并传输到数据处理中心；

将簇内各阵列接收数据放到一个列向量中，得到第k个簇的接收数据向量为：

得到C_k×C_k维的采样协方差矩阵为：

其中，T是采样点数，C_k是第k个簇所包含的阵元总数，得到所有簇的采样协方差矩阵之后，将所有协方差矩阵的元素传输到信息处理中心，以备后续融合处理使用；

(3)获取空间模糊函数；

将每个簇的采样协方差矩阵特征分解，得到对应的信号子空间和噪声子空间，并估计接收噪声方差；同时利用估计得到的信号特征值及其对应的特征向量，计算噪声特征向量向信号子空间正交投影的协方差矩阵，计算每个簇的空间模糊函数；

将第k个簇的采样协方差矩阵进行特征分解，得到Q个信号特征值及其对应的特征向量得到C_k×(C_k-Q)维的噪声子空间和噪声方差其中噪声子空间由噪声特征值对应的特征向量构成，噪声方差假设簇内各接收阵的接收噪声功率近似相等；计算噪声特征向量向信号子空间的正交投影的协方差矩阵为：

构建分块对角矩阵A_k(p)，分块对角矩阵的元素为簇内各接收阵的导向向量：

并计算如下变量：

则第k个簇的空间模糊函数为：

其中|A|表示求矩阵A的行列式；

(4)簇间非相关融合处理；

将各个簇的空间模糊函数相加或相乘，得到最终的空间模糊函数；将目标所在区域以不大于波长的间隔划分网格点，计算空间模糊函数在网格点上的数值，得到二维空间谱并寻找极点，即为目标位置的估计值；

将各个簇的空间模糊函数进行非相关融合，使用相加操作时，最终的空间相干函数为：

使用相乘操作时，最终的空间相干函数为：

在目标所在区域内沿x和y两个方向以不超过波长的间隔划分网格点，记为r_g＝[x_g,y_g]，g＝1,...N_g，其中r_g表示其中一个网格点，x_g是该网格点在x方向的坐标值，y_g是该网格点在y方向的坐标值，N_g是网格点的总数；在网格点上扫描，得到空间相干函数在每个网格点上的值，极小值点所对应的x-y坐标即为目标位置的估计结果。