【技术实现步骤摘要】
空域反转阵导向最小方差波束形成方法及装置
[0001]本专利技术涉及水声阵列领域,具体涉及一种空域反转阵导向最小方差波束形成方法及装置。
技术介绍
[0002]对于被动水声阵列而言,阵列孔径越大则阵列性能越好。水声环境的时变空变、低信噪比等特点使得自适应波束形成成为目前水声阵列信号处理研究和应用最好的方法。但受尺寸和动力的限制,水下无人潜航器不能拖曳大孔径的水声线阵列,从而导致其阵列性能受到制约。如何提高水下无人潜航器小尺寸线阵列的性能成为目前研究的需求和热点。
[0003]自适应波束形成是利用一定的准则来设计阵列数据的权矢量来满足波束形成的要求,同时抑制干扰信号的噪声的方法。最小方差无畸变波束形成(minimum variance distortionless response,MVDR)在阵列模型和接收数据的协方差矩阵确定时被证明是最优的,但在宽带水声条件下,当目标运动速度太快时,MVDR收敛所需快拍数量不能小于阵元数量,因此收敛时间长,导致对运动目标的方位估计存在偏差。导向最小方差(steered minimum variance,STMV)波束形成通过多个频域子带的相干叠加,增大协方差矩阵的自由度,提高算法收敛速度,因此需要的时域快拍数量远少于MVDR,对于快速运动目标的方位谱估计效果更准确。
[0004]对于小尺寸阵列,阵列接收的数据相对于阵列的数量变得充沛,使得协方差矩阵获得更高的估计精确性。因此影响小尺寸阵列性能的因素就从接受数据协方差矩阵的误差转变为由于阵列孔径的减小导致的宽主瓣。主瓣 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种空域反转阵导向最小方差波束形成方法,其特征在于,所述方法包括:将原阵列快拍与自身进行空域反转过后的阵列快拍进行卷积,再将卷积后每个阵元的功率进行均衡,得到空域反转阵列的快拍;获取空域反转阵的宽带阵列信号和方向向量,确定波束形成的协方差矩阵,基于协方差矩阵以及权向量根据STMV波束形成方法确定方位谱。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述空域反转阵列的快拍表示为:其中M为原阵列阵元数,N是空域反转阵中阵元的序号,N=
‑
M+1,
…
M
‑
1,表示原阵列中第m+(|N|
‑
N)/2个阵元输出信号的共轭,X
(m+(N+N)/2)
(t)表示原阵列中第m+(|N|
‑
N)/2个阵元输出的信号。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,获取空域反转阵的宽带阵列信号和方向向量,确定波束形成的协方差矩阵包括:对空域反转阵列的快拍做傅里叶变换得到空域反转阵的宽带阵列信号X
s
(f
j
),根据阵型得到阵列的方向向量a
s
(f
j
,θ),基于下式确定波束形成的协方差矩阵:其中:R
a
(f
j
)=E{X
s
(f
j
)X
sH
(f
j
)}f
j
表示宽带信号带内第j个频点,J为宽带信号频点数,θ表示方向角。4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,基于协方差矩阵以及权向量根据STMV波束形成方法确定方位谱包括:基于协方差矩阵以及权向量将波束形成转换为如下问题:基于协方差矩阵以及权向量将波束形成转换为如下问题:其中表示权向量,1
s
是(2M
‑
1)
×
1的1向量,表示寻找使标量最小时的方向角θ;求解问题得到方向角θ,则有权向量为:方位谱为:5.一种空域反转阵导向最小方差空间波束形成装置,其特征在于,包括:空域反转阵列构建模块,用于将原阵列快拍与自身进行空域反转过后的阵列快拍进行卷积,再将卷积后每个阵元的功率进行均衡,得到空域反转阵列的快拍;波束形成处理模块,用于获取空域反转阵的宽带阵列信号和方向向量,确定波束形成
的协方差矩阵,基于协方差矩阵以及权向量根据STMV波束形成方法确定方位谱。6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈阳,梁景山,
申请(专利权)人:南京锐声海洋科技有限公司,
类型:发明
国别省市:
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