一种型振速梯度水听器的方位估计方法

摘要

本发明公开了一种型振速梯度水听器的方位估计方法，该方法根据型振速梯度水听器系统的中心频率和对角阵元之间的间距求得型振速梯度水听器的“修正方向矢量”，利用“修正方向矢量”和型振速梯度水听器的输出协方差矩阵，求解型振速梯度水听器的空间谱，通过谱峰搜索来估计目标的方位。有益效果：本发明根据阵列配置和系统的工作频率计算出型振速梯度水听器的“修正方向矢量”，采用空间谱估计的基本原理，就可以精确的实现小孔径下对弱目标的方位估计，这对水声测量，水下目标的探测，水下目标的分类与识别和水下目标的定位导航均有重要意义。

主权项

一种十字型振速梯度水听器方位估计的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：将四个矢量水听器接收数据分别通过希尔伯特变换器、乘法器和加法器转换成相应的复声压信号和三个正交的复振速分量信号；步骤二：对四个矢量水听器的声压通道复声压信号求平均，求取十字型振速梯度水听器中心点处的声压信号；步骤三：对四个矢量水听器的x轴上振速分量通道信号求平均，求取十字型振速梯度水听器中心点处x轴上的振速分量信号；步骤四：对四个矢量水听器y轴振速分量通道的复信号求平均，求取十字型振速梯度水听器中心点处y轴上的振速分量信号；步骤五：对四个矢量水听器z轴振速分量通道的复信号求平均，求取十字型振速梯度水听器中心点处z轴上的振速分量信号；步骤六：对x轴上两个矢量水听器的x轴振速分量数据做差分，然后移相‑90°，求得十字型振速梯度水听器中心点处x轴振速分量在x轴上的横向振速梯度；步骤七：对y轴上两个矢量水听器的y轴振速分量数据做差分，然后移相‑90°，求的十字型振速梯度水听器中心点处y轴振速分量在y轴上的横向振速梯度；步骤八：对y轴上两个矢量水听器的x轴振速分量数据做差分，然后移相‑90°，求得十字型振速梯度水听器中心点处x轴振速分量在y轴上的纵向振速梯度；步骤九：对x轴上两个矢量水听器的z轴振速分量数据做差分，然后移相‑90°，求得十字型振速梯度水听器中心点处z轴振速分量在x轴上的纵向振速梯度；步骤十：对y轴上两个矢量水听器的z轴振速分量数据做差分，然后移相‑90°，求得十字型振速梯度水听器中心点处z轴振速分量在y轴上的纵向振速梯度；步骤十一：将步骤二到步骤十求得数据罗列在一起，求十字型振速梯度水听器的数据协方差矩阵，该矩阵为9×9的对称矩阵；步骤十二：根据阵列配置和工作频段，利用下述公式求解十字型振速梯度水听器的“修正方向矢量”，其中φ和ψ分别表示入射波的方位角和俯仰角，d表示对角矢量水听器之间的距离，λ表示信号的波长，用“修正方向矢量”取代原来的“方向矢量”U(φ,ψ)：$U(\phi ,\psi )=\left[\begin{array}{c}1\\ \cos \phi \cos \psi \\ \sin \phi \cos \psi \\ \sin \psi \\ {\cos }^2\phi {\cos }^2\psi \\ {\sin }^2\phi {\cos }^{\psi }\\ \cos \phi \sin \phi {\cos }^2\psi \\ \cos \phi \cos \psi \sin \psi \\ \sin \phi \cos \psi \sin \psi \end{array}\right]$步骤十三：利用十字型振速梯度水听器的修正方向矢量和数据协方差矩阵进行空间谱估计，得到空间谱其中φ∈[0,2π)，ψ∈[‑π/2,π/2]；步骤十四：通过极值搜索的方法，找到空间谱极值对应的角度值，该角度值即为目标的方位角度。