[发明专利]基于正交均匀线阵的水下波达方向估计方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于正交均匀线阵的水下波达方向估计方法及系统，所述估计系统包括数据采集处理与控制模块、发射模块、接收模块、输出模块和电源模块，其中，所述接收模块中超声波接收探头阵列为正交的均匀直线阵列，其中每个阵列包括多个超声接收探头，并且数量相同。本发明实现声波在水中传播速度不确定的情况下对目标进行精确定位，对ESPRIT算法进行了改进，在算法中消去了声速，使得最后的估计结果和声速无关，从而排除了声速的不确定对波达方向估计的影响，使得其实用性更高，并且可在不同水声环境下进行测量，水下目标定位的精确性也更高。

主权项

1.一种基于正交均匀线阵的水下波达方向估计方法，其特征在于，所述估计方法包括下列步骤：S1、建立具有正交均匀线阵的超声波接收探头阵列，所述正交均匀线阵为水平均匀线阵和竖直均匀线阵；S2、推导所述水平均匀线阵的接收信号模型；S3、计算所述水平均匀线阵和所述竖直均匀线阵的接收信号表达式；S4、分别计算所述水平均匀线阵的两个协方差矩阵Rhxx和Rhxy以及所述竖直均匀线阵的两个协方差矩阵Rvxx和Rvxy，对上述协方差矩阵进行特征值分解，利用求出的最小特征值得出Chxx和Chxy、Cvxx和Cvxy，其中Chxx＝Rhxx‑σx2I，Chxy＝Rhxy‑σx2Z，σx是水平线阵协方差矩阵的最小特征值；Cvxx＝Rvxx‑σy2I，Cvxy＝Rvxy‑σy2Z，σy是竖直线阵协方差矩阵的最小特征值；分别计算矩阵束{Chxx,Chxy}和{Cvxx,Cvxy}的广义特征值分解，得到特征值λx1,λx2,…,λxK和λy1,λy2,…,λyK，其中K表示窄带目标声源的个数；S5、建立声波在所述水平均匀线阵以及所述竖直均匀线阵上的阵列方向角θxi和θyi之间的关系式；S6、根据阵列方向角θxi和θyi之间的关系式，对所述水平均匀线阵的第一旋转算子以及所述竖直均匀线阵的第二旋转算子中的对角元素进行配对；S7、根据配对结果，并联系对角元素与θxi之间的关系式，计算出θxi的表达式其中，φ_xi为矩阵Φ_x上的对角元素，Φ_x为第一旋转算子；φ_yi为矩阵Φ_y上的对角元素，Φ_y为第二旋转算子；K表示窄带目标声源的个数。