[发明专利]一种改进的波束形成多远十字阵定位方法

说明书

本发明公开了一种改进的波束形成多远十字阵定位方法，解决了深海环境定位精度低、成本高、分辨性能差的弊端，其技术方案要点是包括有以下步骤：多个阵元于水下进行十字阵布局，以接收水下超声信号；通过含有切比雪夫加权函数的常规波束形成算法对十字阵中传输的超声信息进行处理；通过线性约束最小方差准则对常规波束形成改进，并通过改进后的常规波束形成处理；将改进后及原始常规波束形成处理的结果进行比对，完成故障点的水下定位，本发明的一种改进的波束形成多远十字阵定位方法，能优化主瓣宽度、改善分辨率，多种结合后定位精度更高。

技术领域

本发明涉及声学信号处理，特别涉及一种改进的波束形成多远十字阵定位方法。

背景技术

对故障点的定位在国内外都有很多的研究，不同的领域方法各不相同，在信号处理领域中，水下被动定位的方法有很多，匹配场定位技术，水下GPS、传感器网络等、能跟踪多目标的中远程长基线定位声呐、水下深潜系统、多波束测探、波束旋转、自适应噪声抵消系统等。在波束定位中，有常规波束形成法和自适应波束形成法。

基线定位系统，测量时间差，存在较大误差，匹配场定位技术是从常规基线定位系统中分离而出，分为前向和虚拟时反定位技术，两者的原理基本相同由于他们利用了声场的全部信息，在搭建的匹配场，在匹配场中使用虚拟声源搜索定位。缺点是水下环境的不确定性，不能时刻得到匹配场，在深海环境中很难实现此方法；水下GPS在费用成本以及能耗方面较大、水下传感器网络定位，在成本方面降低，但是能耗大；常规波束形成法对加权窗函数选择很重要，但无论怎么选择，他的主瓣宽度依然较大，影响精度，且分辨性能差，还有待改进的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的波束形成多远十字阵定位方法，能优化主瓣宽度、改善分辨率，多种结合后定位精度更高。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种改进的波束形成多远十字阵定位方法，包括有以下步骤：

多个阵元于水下进行十字阵布局，以接收水下超声信号；

通过含有切比雪夫加权函数的常规波束形成算法对十字阵中传输的超声信息进行处理；

通过线性约束最小方差准则对常规波束形成改进，并通过改进后的常规波束形成处理；

将改进后及原始常规波束形成处理的结果进行比对，完成故障点的水下定位。

作为优选，十字阵定位具体为：

多个阵元分布形成两个直线阵分别沿x和y轴排列，两个直线阵阵元个数分别为Mx和My；

将两个直线阵数据作为一个整体阵列进行处理，通过两个直线阵的方向图相加得到整体方向图

其中，

作为优选，常规波束形成算法具体为：

对于阵元间隔为d的均匀分布线阵列，阵列基阵由M个特性相同的传感器组成，信号相对于基阵法线方向的入射角为θ时，在两个相邻阵元间产生的时间延迟为

式中，λ为波长，c是角频率为ω的波前的传播速度；以基阵端头第一个阵元为参考阵元，则第i个阵元到参考阵元之间的时延为

τ_i＝(i-1)τ₀

通过加权求和在某一个方向上补偿各阵元之间的时延以形成一个主波瓣，常规波束形成器的加权向量为：

采用切比雪夫窗进行计算，当M为偶数时，