[发明专利]一种应用于均匀圆水听器阵的空域旋转方位估计方法

权利要求书

1.一种应用于均匀圆水听器阵的空域旋转方位估计方法，其特征在于，所述空域旋转方位估计方法包括以下步骤：

步骤一、用360度除以阵元数，获得该均匀圆阵的无失真旋转角度单元；

步骤二、将均匀圆阵上安装的方位姿态仪提供的Heading角分为两部分：一部分为进行粗糙旋转的角度，另一部分为进行精细旋转的角度，其中，进行粗糙旋转的角度为Heading角中能够与无失真旋转角度单元整除的部分，进行精细旋转的角度则为余数；

步骤三、利用粗糙旋转角度，构建粗糙空域旋转矩阵；

步骤四、将感兴趣扇面进行角度离散化，并结合精细旋转角度与阵列导向矢量信息，构建精细空域旋转矩阵；

步骤五、利用粗糙和精细空域旋转矩阵，对阵列数据快拍进行空域旋转，使目标信息在空域上实现聚焦；

步骤六、利用旋转后的阵列数据快拍，构建协方差矩阵；

步骤七、对协方差矩阵进行特征分解，估计得到噪声子空间；

步骤八、利用阵列导向矢量与噪声子空间的正交性，计算得到空间谱信息，并对空间谱进行谱峰搜索，得到目标方位结果，

在步骤三中，具体的，利用粗糙旋转角度，构建粗糙空域旋转矩阵G_C，表示为，

式中0表示由0元素构建的向量，I表示单位矩阵，M-1代表矩阵的行/列数，1×(M-1)即表示矩阵的行数为1，列数为M-1；

在步骤四中，具体的，将感兴趣扇面进行角度离散化，即感兴趣的观测区间被离散为N个角度，分别为θ₁,θ₂,…,θ_N，结合精细旋转角度与阵列导向矢量信息，构建精细空域旋转前后的感兴趣观测区间的导向矩阵，表示为，

A(θ)＝[a(θ₁),a(θ₂),…,a(θ_N)] (6)

式中a(θ)表示对应角度θ的阵列导向矢量，表示精细空域旋转前的导向矩阵，A(θ)表示精细空域旋转后的导向矩阵，

结合导向矩阵和A(θ)，构建如下的精细空域旋转矩阵的设计问题，

式中G_f表示待优化求解的精细空域旋转矩阵，(·)^H表示共轭转置运算，||·||_F表示矩阵的Frobenius范数，该优化问题的解为，

G_f＝VU^H (8)

其中，U和V分别为的左、右奇异矢量。

2.根据权利要求1所述的一种应用于均匀圆水听器阵的空域旋转方位估计方法，其特征在于，在步骤一中，具体的，用360度除以阵元数，获得该均匀圆阵的无失真旋转角度单元，表示为，

式中θ表示无失真旋转角度单元，M表示阵元数。

3.根据权利要求1所述的一种应用于均匀圆水听器阵的空域旋转方位估计方法，其特征在于，在步骤二中，具体的，将均匀圆阵上安装的方位姿态仪提供的Heading角φ_t分为两部分：一部分为进行粗糙旋转的角度，另一部分为进行精细旋转的角度，其中，进行粗糙旋转的角度为Heading角中能够与无失真旋转角度单元整除的部分，表示为，

进行精细旋转的角度则为余数，表示为，

4.根据权利要求1所述的一种应用于均匀圆水听器阵的空域旋转方位估计方法，其特征在于，在步骤五中，具体的，利用粗糙和精细空域旋转矩阵，对阵列数据快拍进行空域旋转，使目标信息在空域上实现聚焦，表示为，

y(t)＝G_fG_c·x(t) (9)

式中，x(t)表示原始阵列接收数据快拍，y(t)表示旋转后的阵列接收数据快拍。

5.根据权利要求1所述的一种应用于均匀圆水听器阵的空域旋转方位估计方法，其特征在于，在步骤六中，具体的，利用旋转后的阵列数据快拍，构建协方差矩阵，表示为，

式中，T表示总快拍数。