[发明专利]一种平面阵列的交叉增强DOA定位方法及系统

说明书

本发明涉及水声定位领域，特别涉及一种平面阵列的交叉增强DOA定位方法及系统。本发明方法包括：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；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；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。利用一维的空间谱估计技术分别对两个增强阵列进行处理，在保证精度的同时，大大降低了计算量和复杂度。

技术领域

本发明涉及水声定位领域，特别涉及一种平面阵列的交叉增强DOA定位方法及系统。

背景技术

超短基线定位系统定位基阵的尺寸小，安装方便，被广泛应用于水下目标定位。它利用多个接收阵元接收水下信标发送的信号，通过信号之间的相关性实现测距(TOA,Timeof Arrival)和测向(DOA,Direction of Arrival)，从而计算出信标的位置。根据接收阵型划分，全海深超短基线(通常超过11000m)分为两种。一种是采用几个接收阵元(通常4～8个)，如IXSEA公司的POSIDONIA II型超短基线等，但单个阵元接收的信号较弱，在信噪比低的情况下无法保证DOA的精度。一种是利用多个阵元形成几个虚拟阵元，如Kongsberg公司的HiPAP102，它将31个阵元划分为四个区域，并根据四个虚拟阵元之间的相位差计算DOA。此种方法的虚拟阵元可以增强信噪比，但最终的测向仍采用4个阵元，限制远距离定位的DOA的精度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述超短基线定位方法的缺点，提出一种平面阵列的交叉增强DOA定位与跟踪方法及系统。它利用均匀平面阵的阵列流型，分别在两个空间维度上实现交叉增强，形成两组的数个阵元组成的增强阵列。增强阵列的信号具有更高的信噪比，且保持原有的阵列流型。利用一维的空间谱估计技术分别对两个增强阵列进行处理，可得到目标声源的到达角。并根据该到达角作为下次信号增强的方向，从而实现了对目标的定向跟踪。

为达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现。

本发明提出了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。

作为上述技术方案的改进之一，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。

作为上述技术方案的改进之一，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。

作为上述技术方案的改进之一，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：