[发明专利]基于非圆信号和L型线阵的水下一维DOA估计方法和装置

摘要

本发明公开了一种基于非圆信号和L型线阵的水下一维DOA估计方法和装置，该方法为了克服水声环境中信号快速衰减的问题，通过将非圆信号应用到水下DOA估计中，充分利用了信号的非圆特性，可以获得相当于阵列孔径扩展的效果，使得水下DOA估计结果更加精确；并采用了基于非圆信号的NC‑ESPRIT算法，以提升估计性能。同时为了消除声速影响造成的估计偏差，本发明采用夹角可以调节的L型均匀线阵，通过2个子阵列与波达方向角之间的角度关系消去了声速这个变量，使得最后的运算结果与声速无关，从而提高了估计精度。

主权项

1.一种基于非圆信号和L型线阵的水下一维DOA估计方法，其特征在于，所述的估计方法步骤如下：S1、分别建立2个子线阵的非圆信号数据接收模型X和Y，其中，2个子线阵分别设为线阵1和线阵2，线阵1和线阵2为均匀线阵并成L型设置，线阵1和线阵2均位于XOY平面，其中线阵1排布于坐标系x轴上，线阵2排布于坐标系y轴上，线阵1和线阵2各有M个接收阵元，阵元的平均间距为d，将中心频率为f、非圆率为ρ，0＜ρ≤1的非圆信号作为发射信号，以坐标系原点为参考点，假设水下目标总个数为K，第k个目标的一维声波入射角度表示为θk，θk∈[0,π],k＝1,2,…,K，线阵1和线阵2的接收数据矩阵，即非圆信号数据接收模型X和Y分别表示为：X＝AxS+Nx   (1)Y＝AyS+Ny   (2)其中，S是一个K×N维的非圆信号矩阵，Nx和Ny则是M×N维的噪声矩阵，Ax和Ay是M×K维的导向向量矩阵；同时发射信号满足窄带条件，即当信号延迟远小于带宽倒数时，延迟作用相当于使基带信号产生一个相移；S2、采用NC‑ESPRIT算法求出线阵1和线阵2分别对应的含声速信息的特征值参数uk和vk，k＝1,2,…,K；S3、根据同一次DOA估计中波长相等，对于成功匹配的特征值参数uk和vk，波长估计值的方差也应是最小的原则，对特征值参数uk和vk进行全组合遍历，共有K2个组合，每一种特征值参数uk和vk组合都利用波长表达式求出对应k个波长估计值，同时求出方差，遍历计算完毕后，对于最小方差所对应的特征值参数组合，即为匹配成功的组合；S4、求解目标的声速无关一维波达方向估计解，即对于第k个目标，求出入射角θk的估计值。