[发明专利]一种基于匹配场的空气声呐定位方法

摘要

本发明提供了一种基于匹配场的空气声呐定位方法，通过空气声呐传感器接收空气中的声音信号，将声传感器的测量声场与理论模型的拷贝声场进行相关处理匹配，相关度最高的拷贝声场可以作为实际声场的估计值，在声信道冲激响应得到精确估计和信噪比一定的条件下，传感器接收信号经过逆滤波后的原始信号会保持相位高度一致性的特征。结合逆滤波后信号相位一致性的特征和与环境声信道冲击响应信息就可以实现精确定位。

主权项

1.一种基于匹配场的空气声呐定位方法，其特征在于包括下述步骤：第一步，采用N个声传感器阵元构成的空气声呐接收声信号，声源信号为正弦信号s，阵列接收信号x的矢量表达式为x(t)＝h(t)*s(t)+n(t)，式中，h(t)表示N维的多途信道冲击响应向量，n(t)为N维接收噪声向量，t为时间变量，噪声方差为第二步，将多径环境下的冲激响应h(t)视为多个δ函数求和的形式，其中，A_i和τ_i分别对应第i个传播途径的信号幅度衰减和相比直达波的传播延时；第三步，对阵列接收信号x进行傅里叶变换转换到频域，此时时域上的卷积对应频域上的乘积X(ω)＝H(ω)S(ω)+N(ω)，对阵列信号逆滤波，表示为式中，N₁(ω)＝N(ω)/H(ω)仍然表示噪声，ω为频域变量；对S(ω)进行逆傅里叶变换，获得的估计信号第四步，对进行波束形成运算，得到式中，w(θ)＝[w1(θ) w(θ) … wN(θ)]T为加权向量，θ表示声源角度；第五步，计算匹配场的输出功率P(θ)＝WH(θ)KW(θ)，其中K是N×N维接收信号的互谱密度矩阵，则对于每一个声源角度θ都存在与之对应的拷贝声场向量V，且有VH(θ)V(θ)＝N，W(θ)＝V(θ)/N；第六步，自适应匹配场利用实测数据的协方差矩阵对加权向量实时更新，其自适应加权向量式中K是采样数据的协方差矩阵；第七步，通过搜索θ实现波束形成输出功率最大化，波束形成的最大功率输出所对应的角度θ0＝argmax(P(θ))＝argmax(wH(θ)Rw(θ))即所要求解的声源位置。