一种基于分布源模型的多波束测深系统复杂地形的测量方法，采用以下测量步骤：一，将多波束测深系统接收的阵列划分成相互交错的数个子阵；二，由多波束测深系统的信号处理器计算子阵的数据协方差矩阵，得到修正的协方差矩；三，对修正的数据协方差矩阵进行特征值分解，然后，对信源数进行估计得到噪声子空间估计；四，设定分布源的空间角密度函数服从某一特定分布，并根据这一分布源的空间角密度函所服从的特定分布具体的数学形式计算的广义阵列流型矢量；五，计算出对分布式信号源的二维空间谱，并进行二维谱峰搜索，得到中心波到达的角度和角度扩展的估计。本发明专利技术不仅能够对复杂的海底地形进行有效地测量，而且，还提高了对复杂地形测量精度。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，采用以下测量步骤：一，将多波束测深系统接收的阵列划分成相互交错的数个子阵；二，由多波束测深系统的信号处理器计算子阵的数据协方差矩阵，得到修正的协方差矩；三，对修正的数据协方差矩阵进行特征值分解，然后，对信源数进行估计得到噪声子空间估计；四，设定分布源的空间角密度函数服从某一特定分布，并根据这一分布源的空间角密度函所服从的特定分布具体的数学形式计算的广义阵列流型矢量；五，计算出对分布式信号源的二维空间谱，并进行二维谱峰搜索，得到中心波到达的角度和角度扩展的估计。本专利技术不仅能够对复杂的海底地形进行有效地测量，而且，还提高了对复杂地形测量精度。【专利说明】
本专利技术涉及复杂地形的测量方法，尤其涉及一种基于分布源模型的多波束测深系 统复杂地形的测量方法。属于海洋石油工程领域。
技术介绍
多波束测深系统是一种通过向水下发射窄带脉冲信号，并采用声纳基阵接收海底 及水体中其他散射体的反向散射信号，且通过估计回波到达角度和回波到达时间，得到海 底的深度信息的测量系统。 目前，现有的多波束测深系统，均采用基于点信源模型的回波到达角度和回波到 达时间的联合估计方法进行海底深度测量。其具体方法是：假设信源的能量是集中在离散 的角度，即：波达方向上，根据波达方向得到阵列流型矢量；然后，通过波束形成或高分辨 方位估计得到回波到达角度和回波到达时间的联合估计海底深度。但是，由于点信源模型 要求信源和接收阵列之间只存在视距传播，在水下环境及海底地形较复杂的情况下，海底 反向散射信号往往具有空间角度扩散特性，因此，实际目标往往具有比点信源更复杂的空 间分布特性，其阵列流型受信源扩散特性的影响，基于点信源的假设，会导致信源波达方向 估计算法的性能严重恶化，从而，降低了多波束测深系统的精度。 另外，还有两种分布式目标信号源模型：一为：基于确定的角信号密度函数的相 干分布式目标信号源；二为：基于确定的角功率密度函数的非相干分布式目标信号源；并 将标准的MUSIC(多重信号分解）方法推广为分布源参数估计方法，其具体方法是：采用分 布源模型的广义流型矢量代替点信源模型的阵列流型进行MUSIC(多重信号分解）算法估 计，并得到信号方向，其不足之处是：当存在两个或以上分布源，且分布源之间相干时，算法 性能严重恶化，无法得到正确的估计结果。 若采用马培峰等在《相干分布源的方位估计》一文中提出的Toeplitz(托普利茨） 方法对分布源进行解相干，其具体方法是：对阵列数据协方差矩阵进行Toeplitz(托普利 茨）预处理，并重构数据矩阵，然后，利用重构的矩阵进行波达方向估计，其不足之处是：通 过该方法获得的二维空间谱仅能估计中心波达角度，无法对角度扩展参数进行估计，且精 度较差。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种基于分布源模 型的多波束测深系统复杂地形的测量方法，其不仅能够对复杂的海底地形进行有效地测 量，而且，还提高了对复杂地形测量精度。 本专利技术的目的是由以下技术方案实现的： 1、一种，其特征在于：采 用以下测量步骤： 第一步，将多波束测深系统接收的阵列，划分成相互交错的数个子阵；其中，阵列 划分的方法是：对于均匀线阵，M:为阵元数，N:为信号源数，将M元直线阵分为相互交错 的P个子阵，每个子阵阵元数为m，则有：M=p+m-1，要求满足子阵数目不小于信号源数目 P彡N，且子阵阵元数大于信号源数目m>N; 第二步，由多波束测深系统的信号处理器计算子阵的数据协方差矩阵，并求出平 均值，从而，得到修正的协方差矩阵，以完成对信号的解相干； 第三步，对修正的数据协方差矩阵进行特征值分解，然后，对信源数进行估计，并 得到噪声子空间估计； 第四步，设定分布源的空间角密度函数服从某一特定分布，并根据这一分布源的 空间角密度函所服从的特定分布具体的数学形式计算的广义阵列流型矢量； 第五步，计算出对分布式信号源的二维空间谱，并进行二维谱峰搜索，以得到中心 波到达的角度和角度扩展的估计。 所述第二步中，对信号的解相干的具体方法是： 前向空间平滑的第k个子阵的数据矩阵所采用的计算公式为： Xk(t) = 后向空间平滑的第k个子阵的数据矩阵所采用的计算公式为： Xk (t) = * 数据长度为L，子阵的数据协方差矩阵是： 【权利要求】1. 一种，其特征在于：采用以 下测量步骤： 第一步，将多波束测深系统接收的阵列，划分成相互交错的数个子阵；其中，阵列划分 的方法是：对于均匀线阵，M:为阵元数，N:为信号源数，将M元直线阵分为相互交错的p个 子阵，每个子阵阵元数为m，则有：M=p+m-1，要求满足子阵数目不小于信号源数目p多N， 且子阵阵元数大于信号源数目m>N; 第二步，由多波束测深系统的信号处理器计算子阵的数据协方差矩阵，并求出平均值， 从而，得到修正的协方差矩阵，以完成对信号的解相干； 第三步，对修正的数据协方差矩阵进行特征值分解，然后，对信源数进行估计，并得到 噪声子空间估计； 第四步，设定分布源的空间角密度函数服从某一特定分布，并根据这一分布源的空间 角密度函所服从的特定分布具体的数学形式计算的广义阵列流型矢量； 第五步，计算出对分布式信号源的二维空间谱，并进行二维谱峰搜索，以得到中心波到 达的角度和角度扩展的估计。2. 根据权利要求1所述的，其 特征在于：所述第二步中，对信号的解相干的具体方法是：其中，氏为第i个子阵的数据协方差矩阵，P为前向空间平滑选取的子阵个数。3. 根据权利要求1所述的，其 特征在于：所述第三步中，特征值分解的具体方法是：将修正的数据协方差矩阵R分解为信由最大的N个特征值和最小的M-N个特征值所对应的特征矢量组成，2 3和2j^/经过特征 分解得到的矩阵，2N的对角元素分别为：最大的N个特征值和最小的M-N个特征值， 信源数的判断可以根据特征值的大小采用信源数估计方法进行估计，M:为阵元数，N:为信 号源数。4. 根据权利要求1所述的，其 特征在于：所述第四步中，计算广义阵列流型矢量的具体方法是：设定分布源的空间角密 度函数服从特定分布，角信号密度函数是4(0-1，t) =SiWgiW-D，其中，t为时 间，0为空间角度，Si(t)为角信号密度与时间有关的部分，giM-D是一个以为对 称中心的确定性函数，|3i是对称中心，且gi(|3 - |3i)满足：设点信源模型的阵列流型矢量为：a(|3 ) = T，其中|3 =2Jidsin0/A，式中，d为：阵元间距，人为：波长，广义阵列流型矢量为：5.根据权利要求1所述的，其 特征在于：所述第五步中，计算分布式信号源二维空间谱的具体方法是： (1) 对于确定的一组中心波达角度I和一组角度扩展参数Ap根据第四步中计算的 广义阵列流型矢量b( 0 ^，并采用以下公式计算出二维空间谱：其中，UN为由特征值分解得到的噪声子空间，#为UN的共轭转置； (2) 通过二维谱峰搜索，得到中心波达角度和角度扩展的估计。【文档编号】G01C13/00GK104482925SQ201410748826【公开日】2015本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于分布源模型的多波束测深系统复杂地形的测量方法，其特征在于：采用以下测量步骤：第一步，将多波束测深系统接收的阵列，划分成相互交错的数个子阵；其中，阵列划分的方法是：对于均匀线阵，M：为阵元数，N：为信号源数，将M元直线阵分为相互交错的p个子阵，每个子阵阵元数为m，则有：M＝p+m‑1，要求满足子阵数目不小于信号源数目p≥N，且子阵阵元数大于信号源数目m＞N；第二步，由多波束测深系统的信号处理器计算子阵的数据协方差矩阵，并求出平均值，从而，得到修正的协方差矩阵，以完成对信号的解相干；第三步，对修正的数据协方差矩阵进行特征值分解，然后，对信源数进行估计，并得到噪声子空间估计；第四步，设定分布源的空间角密度函数服从某一特定分布，并根据这一分布源的空间角密度函所服从的特定分布具体的数学形式计算的广义阵列流型矢量；第五步，计算出对分布式信号源的二维空间谱，并进行二维谱峰搜索，以得到中心波到达的角度和角度扩展的估计。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李志刚，李海森，周天，陈祥余，周雷，李珊，邓平，徐超，孟元栋，魏玉阔，陈宝伟，李记忠，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，海洋石油工程股份有限公司，哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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