[发明专利]一种平面阵列的交叉增强DOA定位方法及系统

权利要求书

1.一种平面阵列的交叉增强DOA定位方法，所述方法包括：

步骤1.采集M*N平面阵列各个阵元接收的信号并进行处理，分别获得交叉的N列阵列信号向量和M行阵列信号向量；

步骤2.利用信号延时特性对各个阵元接收的信号进行处理，并在选定的信号增强方向上对每个列阵列信号向量和每个行阵列信号向量进行信号增强；

步骤3.利用一维空间谱估计方法分别对增强后的每个列阵列信号向量和每个行阵列信号向量进行处理，得到目标声源的到达角，并将该到达角作为下次信号增强的方向，从而实现对目标的定向跟踪。

2.根据权利要求1所述的平面阵列的交叉增强DOA定位方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤1-1.对M*N平面阵列各个阵元接收的信号进行采集，并进行预处理获得各个阵元通道的复信号g_m,n(t)，以及各个阵元通道引入的噪声信号p_m,n(t)；

步骤1-2.依据各个阵元通道的复信号g_m,n(t)和噪声信号p_m,n(t)，分别获得交叉的N列阵列信号向量和M行阵列信号向量与信号源发出的空间信号矢量之间的矩阵关系。

3.根据权利要求2所述的平面阵列的交叉增强DOA定位方法，其特征在于，所述步骤1-1中，采用模数转换器对平面阵列各阵元接收的信号进行采样；所述预处理包括数字带通滤波或解调。

4.根据权利要求2所述的平面阵列的交叉增强DOA定位方法，其特征在于，所述步骤1-2中获得的N列阵列信号向量和M行阵列信号向量与信号源发出的空间信号矢量之间的矩阵关系，其中，

第n列阵列信号向量与空间信号矢量之间的矩阵关系为：

其中，n＝1,2,3,…,N；表示第n列噪声向量，空间信号矢量L表示空间信号源的个数，上角标T代表矩阵转置；A_n表示M*L维阵列流型矩阵，表示为：为x方向导向矢量，x方向导向矢量用于确定第l个信号源发出的信号与x轴方向的夹角，表示为：

其中，l＝1,2...,N；

第m行阵列信号向量与空间信号矢量之间的矩阵关系为：

其中，m＝1,2,3,…,M；表示第m行噪声向量，B_m表示N*L维阵列流型矩阵，表示为：为y方向导向矢量，y方向导向矢量用于确定第l个信号源发出的信号与y轴方向的夹角，表示为：

其中，τ_m,n,l表示第m行第n列的阵元接收信号在第l个来波方向的理论延时，表达式为：

τ_m,n,l＝(m-1)*τ_x,l+(n-1)*τ_y,l

其中，τ_x,l和τ_y,l分别表示x方向和y方向的旋转单位延时，计算式分别为：

τ_y,l＝d_ycosα_lsinβ_lcosP(t)cosR(t)/c

其中，c为声速，d_x和d_y分别为x方向和y方向的阵元间距；P(t)、R(t)分别表示艏摇、纵摇、横摇；x方向和y方向分别为阵列的行方向和列方向。

5.根据权利要求2所述的平面阵列的交叉增强DOA定位方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

步骤2-1.利用平面阵列各个阵元信号的延时特性，对信号进行相移或延时并求和，实现信号的相干叠加，将平面阵列映射为x方向线阵和y方向线阵，根据参考点的不同，两方向线阵呈L形状或十字形状；

步骤2-2.选定信号增强方向，并定义信号增强方向的单位向量D′_l，其对应的俯仰角为α′_l，方位角为β′_l，从而得到增强方向的x方向和y方向的旋转单位延时，并进一步分别定义x方向和y方向的信号增强矩阵；

步骤2-3.利用信号增强矩阵对阵列信号的相移或延时实现所有信号在增强方向的x方向和y方向的相干叠加，完成x方向和y方向的信号增强，得到增强后的每个列阵列信号向量和每个行阵列信号向量。