专利名称：基于目标空间稀疏性的高分辨声呐定位方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及阵列信号处理领域中一种基于目标空间稀疏性的高分辨声呐定位方法。本发明可以有效解决声呐换能器阵列孔径有限，造成的空间分辨率不足的问题，实现高分辨声呐目标定位。
背景技术：
由于高频电磁波在水中传播时的能量随着频率的升高急剧衰减，使得低频的声波成为水下环境信息传递的有效载体，所以声呐技术的应用及研究得到广泛的关注。其中利用声呐基阵进行目标定位是声呐技术应用的一个主要方面。目前，声呐目标定位技术主要有多波束形成法和子空间方法两种。第一种，多波束形成法。例如，曹慧琼，王英民，李娜论文“一种改进的三波束测向方法，，(《电声基础》2009，33 (8):42-44)中公开一种三波束测向方法，该方法是对采集的所有通道的数据进行多波束形成，利用三个较大的波束形成输出值，通过二次拟合得到一条二次曲线，通过寻找该二次曲线的峰值对目标定位，虽然该方法能够准确进行目标定位，但是仍然存在的不足是，该方法无法实现多目标的同时定位。第二种，子空间方法。中国人民解放军空军装备研究院雷达域电子对抗研究所提出的专利申请“适用于非平稳噪声背景下相干信源的测向方法”(申请号:200610113172.5，公开号:101150345A)中公开了一种基于子空间分解的高分辨目标测向方法。该方法通过子阵平滑来克服信号源的相干性，通过对获得的协方差矩阵进行特征分解来获得信号子空间和噪声子空间，然后在信号子空间形成空间谱，通过对空间谱进行谱峰搜索来对目标定向，但是仍然存在的不足是，该方法减小了阵列孔径，造成了空间分辨率下降，同时该方法需要采集大量的数据来估计协方差矩阵，需要的数据量较大大，并且该方法中特征分解计算量较大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于目标空间稀疏性的高分辨声呐定位方法。本发明对声呐基阵各通道峰值信噪比数据，按照基阵阵元的排列方式进行行列合成，构建空间谱向量到行列合成数据向量的投影矩阵，通过迭代优化一个代价函数获得高分辨空间谱向量，对空间谱向量进行峰值检测获得目标的方位俯仰角，从而实现对目标的定位。本发明的具体实施步骤如下:(I)采集阵列各通道接收的数据，并存储到系统内存中；⑵匹配滤波2a)采用匹配滤波公式，对采集的每个通道的数据进行匹配滤波； 2b)对每个通道匹配滤波后数据取最大值； ⑶行列合成
3a)将步骤2b)中获得的所有数据最大值按照各自通道对应阵元的位置在二维平面重新排列，得到一个数据矩阵如下:
权利要求
1.一种基于目标空间稀疏性的高分辨声呐定位方法，包括如下步骤: (1)采集阵列各通道接收的数据，并存储到系统内存中； (2)匹配滤波 2a)采用匹配滤波公式，对采集的每个通道的数据进行匹配滤波； 2b)对每个通道匹配滤波后数据取最大值； (3)行列合成 3a)将步骤2b)中获得的所有数据最大值按照各自通道对应阵元的位置在二维平面重新排列，得到一个数据矩阵如下:
2.根据权利要求1所述的基于目标空间稀疏性的高分辨声呐定位方法，其特征在于:步骤2a)中所述的匹配滤波公式如下: xm (t) = FT-1 [em.s*] 其中，xm(t)表示第m个通道匹配滤波后的数据，t表示时域采样点，FT—1表示逆傅里叶变换，em表示第m个通道数据的频谱，s表示已知的参考信号频谱，*表示取共轭，.表示向量相乘。
3.根据权利要求1所述的基于目标空间稀疏性的高分辨声呐定位方法，其特征在于:步骤出)中所述的阈值比较法是:对空间谱向量求一阶差分获得差分向量；找到差分向量的过零点并记录过零点索引值；将空间谱向量最大元素值的一半设置为阈值；空间谱向量过零点索引值处的元素中值大于阈值的元素即为峰值元素，峰值元素对应的索引值即为空间谱向量的峰值元素索引值。
全文摘要
本发明公开一种基于目标空间稀疏性的高分辨声呐定位方法，主要解决现有技术中阵列孔径有限造成的空间分辨率不足、信号源相干造成的目标位置估计不准以及子空间分解类算法计算量大和数据量大的问题。本发明充分利用了空间目标稀疏性的先验信息，通过匹配滤波获得大信噪比的数据，构建空间谱向量到行列合成数据向量的投影矩阵，通过迭代计算获得高分辨的空间谱向量，最后对空间谱向量进行峰值检测，利用得到的峰值元素索引值通过计算得到目标的方位角和俯仰角，实现对目标的定位。本发明所需的数据量小，迭代过程计算量小，适合于硬件实现，测角精度较高，空间分辨率有显著地提高。
文档编号G01S15/06GK103116162SQ201210596469
公开日2013年5月22日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者赵光辉, 李雅祥, 沈方芳, 石光明, 金冬阳, 陈超 申请人:西安电子科技大学