[发明专利]一种基于压缩感知理论的矢量水听器稀疏布阵方法

摘要

本发明提供了一种基于压缩感知理论的矢量水听器稀疏布阵方法，包括如下步骤：(1)确定矢量水听器组合指向性与复合阵列指向性函数步骤、(2)构建矢量水听器阵列目标指向性波束步骤、(3)构建稀疏矢量水听器布阵问题模型步骤、(4)矢量水听器阵列稀疏重构步骤。本发明基于矢量水听器阵列稀疏布阵机理，结合凸优化和压缩感知理论，利用稀疏布阵位置与目标阵列波束之间的传感关系，采用非均匀间距布阵方式对目标波束进行重建，可获得精确的稀疏布阵结果。本发明提出的矢量稀疏布阵方法，可根据系统性能需求，自主设定期望的稀疏矢量阵列中水听器数目，可以精确控制系统复杂度。本发明提出的矢量稀疏布阵方法，采用正交匹配追踪算法，所得到的稀疏逼近结果固定，无需多次调试，可以节省大量的算法调节时间，更符合工程实际应用。

主权项

1.一种基于压缩感知理论的矢量水听器稀疏布阵方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定矢量水听器组合指向性与复合阵列指向性函数步骤：在海洋波导中，由于铅直方向为驻波，所以通常考察水平方向的二维指向性。利用单个矢量水听器的声压和振速通道输出信号，得到组合形成指向性函数R(f，θ)，其中f为水听器中心频率，θ为水平方位角。所述声压信号记为p，所述振速信号记为v，振速传感器在三维空间内均可形成偶极子指向性。依据单个矢量水听器的组合指向性函数R(f，θ)，确定由多个矢量水听器组成的复合阵列指向性函数Fm(f，θ)，其表达式为Fm(f，θ)＝R(f，θ)·F(f，θ)式中F(f，θ)为声压标量阵的指向性函数。(2)构建矢量水听器阵列目标指向性波束步骤：根据声纳系统性能要求，构建满足性能约束的矢量水听器阵列目标指向性波束凸优化问题模型式中θ0表示主波束指向位置，U表示预定区域的期望旁瓣峰值，优化目标τ表示其余未约束区域的最大响应幅值。w表示矢量声阵列权值激励矩阵，A表示矢量声阵列流形矢量。利用凸优化问题求解方法，求得矢量声阵列的目标指向性波束Fm(f，θ)，其对应的阵列激励权值为w。(3)构建稀疏矢量水听器布阵问题模型步骤：根据声纳矢量声振列的布阵间距要求，构建虚拟间距为d0的声矢量阵列，其对应的矢量声阵列流形为A0，矢量声阵列流形与虚拟间距d0表达式为M表示虚拟矢量声阵列的水听器的数目，λ表示声阵列中心工作频率对应的波长。根据步骤(2)求得的矢量声阵列指向性波束Fm(f，θ)，构建稀疏矢量水听器阵列约束方程，进一步的，利用稀疏矢量水听器阵列流形A作为传感矩阵，可以得到稀疏矢量水听器布阵的最小0范数问题模型(4)矢量水听器阵列稀疏重构步骤：利用正交匹配追踪算法求解稀疏矢量水听器阵列约束方程，对矢量水听器阵列进行稀疏重构。