[发明专利]一种基于相位补偿的旋转圆阵信源数估计系统及估计方法

说明书

本发明提供的是一种基于相位补偿的旋转圆阵信源数估计方法，主要通过圆阵相位模态变换，在模态域对信号空域时变量进行在线补偿，从而实现信号的空域聚焦，对于圆阵接收的观测数据，通过相位模态变换的相位补偿，可以充分获得信号的时间增益，对于相位模态变换造成的噪声功率非均匀问题，通过对变换矩阵进行白化约束，从而使得变换后协方差矩阵的信号特征值和噪声特征值依然满足信息论准则下的似然函数关系；本发明保障信号空域聚焦的同时，抑制了相位模态变换导致的噪声非均匀性，实现圆阵旋转情况下的弱信源数估计，本发明属于一种水声阵列信号处理方法，可应用于圆阵信号处理、时变阵信源数估计等领域。

技术领域

本发明属于水声工程技术领域，具体地，涉及一种基于相位补偿的旋转圆阵信源数估计系统及估计方方法。

背景技术

均匀圆阵具有360°无模糊的测向能力，因其自身尺寸小，易于安装等特点，在潜标探测平台中被广泛应用。在实际海洋环境中，受水流冲击影响，潜标平台会发生旋转运动，造成搭载圆阵的接收信号在空域上弥散，进而导致常规信源数估计算法过估计。

针对信源数估计，很多强大的稳健算法都是基于最小描述长度准则(MDL)，具有代表性的研究主要有：Wax和Kailath提出基于信息论准则的信源数检测方法，确定了MDL准则，基于MDL准则的方法不需要设置检测门限，当快拍数足够大时，可以得到无偏估计结果。

之后，在信息论准则基础上，Wax和Ziskind提出一种基于多维搜索的MDL方法对相干信源数进行估计。

Athanasios和Phillip研究了噪声与信号特征值差异和噪声特征值弥散对MDL方法的影响。

然而，以上信源数估计算法都是基于信号和噪声特征值展开研究，当基阵平台发生旋转运动，此类方法的性能甚至会恶化失效。

发明内容

本发明针对上述圆阵导致的信源数过估计问题，根据圆阵相位模式空间和最小描述长度准则，重新构建了适于圆阵旋转情况下的信源数估计算法，提出了一种基于相位补偿的旋转圆阵信源数估计系统及估计方方法，以便充分获得信号的时间增益，提高信源数估计在圆阵旋转情况下的性能。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于相位补偿的旋转圆阵信源数估计方法：

所述方法具体包括以下步骤：

步骤1、构建时变相位补偿矩阵；

根据旋转圆阵的信号接收模型，结合圆阵相位模式空间的理论和时变量，构建时变相位补偿矩阵；

步骤2、对步骤1构建的时变相位补偿矩阵进行白化约束，使得变换后的噪声保持白化特性；

步骤3、采用补偿矩阵对接收数据进行处理；

根据步骤2白化约束后的时变相位补偿矩阵，对阵列接收数据进行处理，去除时变的影响；

步骤4、构建旋转补偿情况下的最小描述长度准则RCMDL，完成对旋转圆阵接收数据进行信源数估计。

进一步地，在步骤1中，

步骤1.1、建立旋转圆阵的信号接收模型，对于一个由M阵元组成的均匀圆阵，假设有P个远场窄带平面波信号从不同方向入射到该基阵，圆阵接收信号可表示为

x(t)＝A(Φ-φ_t)s(t)+n(t)   (1)