[发明专利]一种基于海底水平L型阵列的目标方位和距离联合稀疏重构定位方法

说明书

本发明是一种基于海底水平L型阵列的目标方位和距离联合稀疏重构定位方法。所述方法在海底布放水平L型阵列，接收临近海面附近多目标发出的声信号，获得多个目标的源矩阵；在目标的方位和距离二维平面中，获取关于目标的稀疏源矩阵；获得关于N元L型阵列接收信号的稀疏阵列矩阵；利用得到的稀疏阵列矩阵和归一化后的稀疏源矩阵，重构稀疏信号；采用范数正则法对重构的稀疏信号进行最优化求解；通过空间谱的谱峰位置和强度，确定目标的方位和距离信息，并判断目标功率的相对大小。本发明可以有效剥离减少多途干扰对目标方位‑距离联合估计精度的影响，获得无空间模糊的目标定位结果，并可同时准确获得多目标的位置信息和强度相对大小。

技术领域

本发明涉及海底信号定位检测技术领域，是一种基于海底水平L型阵列的目标方位和距离联合稀疏重构定位方法。

背景技术

在浅海环境下，声信道包括海面、海底，声传播存在明显的多途效应，多途径声信号对于浅海目标方位估计和定位等问题均是最为重要的干扰之一。对于浅海中近程目标的声学定位问题而言，多途效应的存在会使定位谱图中结果出现大量虚假的“伪峰”，无法准确判断真实目标的位置，同时“伪峰”的存在还可能影响到对真实“弱目标”所在位置的判断，导致多目标分辨结果出现严重错误。

此外，常规CBF和MVDR等信号处理器在对同频相干目标的分辨上能力不足，常规CBF处理器可适用于相干目标，但空间分辨率不高，无法对较近空间距离的目标进行分辨，而MVDR处理器虽然可提高分辨率，但无法直接适用于相干声源(罗方方,生雪莉,梅继丹,郭咏.基于MVDR高分辨算法的时反定位技术研究.哈尔滨工程大学学报，2010,31(7)：945-950)，使得以上两种方法在实际适用中受到较大限制。

专利ZL201210162659.8适用于浅海多途环境的水下噪声源高稳健性聚焦定位方法，针对浅海环境下的信号处理问题，基于模型匹配的声纳被动定位思想，对多途信号获得了一定的抑制效果，但由于采用的是线列阵，其缺点是无法保证对目标方位上全空间的“无模糊”定位。在浅海噪声源聚焦定位方面，对浅海多途效应的影响以及可行性方法的研究普遍集中于时间反转镜方法(惠娟，胡丹，惠俊英等.聚焦波束形成声图测量原理研究.声学学报,2007，32(4)：356-361)，仍未出现利用稀疏信号重构以获得高精度方位-距离联合估计的定位方法。

发明内容

本发明为有效的抑制“伪峰”的出现，便于对“弱目标”的分辨，保证了多目标定位和分辨的准确性和有效性，本发明提供了一种基于海底水平L型阵列的目标方位和距离联合稀疏重构定位方法，本发明提供了以下技术方案：

一种基于海底水平L型阵列的目标方位和距离联合稀疏重构定位方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：在海底布放水平L型阵列，接收临近海面附近多目标发出的声信号，获得多个目标的源矩阵；

步骤2：在目标的方位和距离二维平面中，获取关于目标的稀疏源矩阵；

步骤3：获得关于N元L型阵列接收信号的稀疏阵列矩阵；

步骤4：利用得到的稀疏阵列矩阵和归一化后的稀疏源矩阵，重构稀疏信号；

步骤5：采用范数正则法对重构的稀疏信号进行最优化求解；

步骤6：获得在目标的方位和距离二维平面上包含目标所在方位和距离信息的空间稀疏信号的波形估计结果，对波形估计结果进行的功率计算，获得方位和距离联合空间谱估计结果；

步骤7：通过空间谱的谱峰位置和强度，确定目标的方位和距离信息，并判断目标功率的相对大小。

优选地，所述步骤1具体为：