一种基于波束零陷权的矢量阵目标左右舷分辨方法与流程

技术特征：

1.一种基于波束零陷权的矢量阵目标左右舷分辨方法，其特征是包括如下步骤：

步骤一、对矢量阵接收的声压p(t)＝[p1(t),p2(t),...pM(t)]^T、x轴振速Vx(t)＝[Vx1(t),Vx2(t),...VxM(t)]^T及y轴振速时域信号Vy(t)＝[Vy1(t),Vy2(t),...VyM(t)]^T进行快速傅里叶变换简称FFT，得到矢量阵声压p(f)＝[p1(f),p2(f),...pM(f)]^T、x轴振速Vx(f)＝[Vx1(f),Vx2(f),...VxM(f)]^T及y轴振速频域信号Vy(f)＝[Vy1(f),Vy2(f),...VyM(f)]^T，其中，M为阵元个数、f为频率、T表示转置；

步骤二、利用声压频域信号P(f)在0°～180°范围内作频域宽带常规波束形成处理，得到声压信号的空间谱输出Pout(θ)；

步骤三、利用双向一阶递归滤波器提取空间谱变化趋势曲线Pα(θ)，对于大于Pα(θ)加上门限DT得到的门限曲线的峰值进行目标角度筛选，得到空间谱输出中高于门限的目标角度在0°～180°角度范围内的方位值θ1,θ2,…θk，简称过门限目标角度，k表示过门限目标角度的个数；

步骤四、根据步骤三得到的目标角度在0°～180°角度范围内的方位值θ1,θ2,…θk，逐一对第j个目标角度θj进行矢量阵常规宽带频域波束形成处理，得到θ1,θ2,…θk共计k个角度的矢量空间谱输出Pvcbf(θ),θ＝[θ1,θ2,…θk]；

步骤五、根据步骤三得到的目标角度在0°～180°角度范围内的方位值θ1,θ2,…θk，对这k个角度进行基于Bartlett零陷权的波束形成处理，得到左舷零陷后的加权波束形成空间谱输出Pbnfl(θ),θ＝[θ1,θ2,…θk]，再对180°～360°角度范围内的对应的映射角度360-θj进行基于Bartlett零陷权的波束形成处理，得到右舷零陷后的加权波束形成空间谱输出Pbnfr(θ),θ＝[θ1,θ2,…θk]；

步骤六、通过对比θ1,θ2,…θk这k个角度对应的Pvcbf(θ)、Pbnfl(θ)、Pbnfr(θ)三条空间谱输出的数值，对k个角度目标左右舷进行逐一判别，判断k目标的真实的目标角度θT1,θT2,…,θTk和伪峰对应的角度θe1,θe2,…,θek；

步骤七、利用步骤六得到的伪峰角度θe1,θe2,…,θek，将对应的声压信号的空间谱输出Pout(θ)中伪峰角度θe处对应的目标伪峰进行消减抑制，由此得到无模糊的空间谱输出Pout(θ)'。

2.根据权利要求1所述的基于波束零陷权的矢量阵目标左右舷分辨方法，其特征是步骤二具体包括：

步骤二一、对声压频域信号P(f)在工作频段带宽B范围内各个频点信号分别进行常规波束形成，得到各频率点的空间谱输出P(fi,θ)：

P(fi,θ)＝a(fi,θ)^HR(fi)a(fi,θ)

B为信号带宽，B＝fh-fl，fl为工作频段下限频率，fh为工作频段上限频率，fi为FFT对于信号频带B内的第i个点的频率值，i＝1,2…L，L为信号带宽B内FFT对应的子带个数，L＝B/Δf，Δf为FFT计算时的频率分辨率，fl≤fi≤fh，为频率值fi对应的导向矢量，H表示求共轭转置，θ为角度，声压阵波束形成的角度计算范围取0°～180°；

R(fi)表示频率fi的互谱密度矩阵，且R(fi)＝E(P(fi)P(fi)^H)，E[·]表示求数学平均，P(fi)为声压频域信号P(f)当频率f等于fi时对应的值；

步骤二二、把各频点的空间谱P(fi,θ)累加，得到常规宽带波束输出空间谱，即原始空间谱输出Pout(θ)，其中，

3.根据权利要求1所述的基于波束零陷权的矢量阵目标左右舷分辨方法，其特征是步骤三具体包括：

步骤三一、采用双向一阶递归滤波器对原始空间谱矩阵Pout(θ)进行平滑滤波处理，得到空间谱变化趋势曲线Pα(θ)；

步骤三二、将原始空间谱Pout(θ)与Pα(θ)加上门限值DT后的门限曲线PDT(θ)＝Pα(θ)+DT的结果进行比较，对高于门限曲线的峰值进行目标角度筛选，得到0°～180°角度范围内过门限的目标角度θ1,θ2,…θk。

4.根据权利要求1所述的基于波束零陷权的矢量阵目标左右舷分辨方法，其特征是所述的常规矢量波束形成空间谱Pvcbf(θ)、及矢量Bartlett零陷波束形成空间谱Pbnf(θ)的具体求解方法为：

Pvcbf(fi,θ)、Pbnf(fi,θ)分别为频率fi对应的常规矢量空间谱、左舷及右舷零陷加权波束形成空间谱；

Pvcbf(fi,θ)＝Wvcbf(fi,θ)^HRV(fi)Wvcbf(fi,θ)

Pbnf(fi,θ)＝Wbnf(fi,θ)^HRV(fi)Wbnf(fi,θ)

其中：

RV(fi)＝E(Xv(fi)Xv(fi)^H)为矢量阵接收信号频率fi对应的互谱密度矩阵，

为矢量常规波束形成权向量，u＝[1,cosθ,sinθ]^T，

为矢量Bartlett波束零陷权向量，

其中，B(fi)＝I-H(fi)(H^H(fi)H(fi))^-1H^H(fi)，

B(fi)中，H(fi)＝[av(fi,θz1),av(fi,θz2),…av(fi,θzk)]，θz1,θz2,…,θzk表示k个零陷角度值，

av(fi,θzk)表示θ＝θzk时av(fi,θ)对应的值，

为频率值fi对应的导向矢量，I为M×3元单位阵，M为阵元个数，

Pbnfl(θ)进行计算时数值等于Pbnf(θ)对应的k个零陷角度值θz1,θz2,…,θzk取0°～180°角度范围内的方位值θ1,θ2,…θk，

Pbnfr(θ)进行计算时数值等于Pbnf(θ)对应的k个零陷角度值θz1,θz2,…,θzk取180°～360°角度范围内的映射值[360-θ1 360-θ2 … 360-θk]，

Xv(fi)为矢量阵接收信号Xv(t)快速傅里叶变换(FFT)得到的频域信号Xv(f)第i个频率的值，即当频率f等于fi时对应的值，Xv(t)＝[x1(t),x2(t),…,xM(t)]^T，第i个基元接收到的矢量信号为xi(t)＝[pi(t),Vxi(t),Vyi(t)]^T，分别由声压pi(t)、x轴振速Vxi(t)、y轴振速信号Vyi(t)构成。

5.根据权利要求1所述的基于波束零陷权的矢量阵目标左右舷分辨方法，其特征是步骤六的具体求解过程为：

第j个过门限目标角度θj的左右舷判决步骤为：判断矢量波束输出功率与以θj为零限的Bartlett零限波束输出功率的绝对差值|Pvcbf(θj)-Pbnfl(θj)|是否大于矢量波束输出功率与以360-θj为零限的Bartlett零限波束输出功率的绝对差值|Pvcbf(θj)-Pbnfr(θj)|，若是，则判定为左舷目标，保留该目标信号角度θTj＝θj，认为θej＝360-θj为伪峰；否则，判定为右舷目标，目标信号角度为θTj＝360-θj，认为θej＝θj为伪峰，将其剔除，j代表目标序号，因为共有k个目标，因此要逐一判决，共判决k次，j＝1,2,…k。

6.根据权利要求1所述的基于波束零陷权的矢量阵目标左右舷分辨方法，其特征是步骤七中的伪峰剔除具体求解过程为：

步骤七一、伪峰角度θe1,θe2,…,θek对应的谱峰宽度通过以下计算过程确定，对于第j个目标伪峰角度θej在频率fi对应的声压常规波束形成空间谱Pout(fi,θ)谱峰宽度在伪峰角度θej附近左右各一定范围内设置权值衰减；伪峰宽度权值衰减范围为

式中，λi＝C/fi，为频率fi对应的波长；

步骤七二、对第j个目标频率fi对应的伪峰θej的波束主瓣宽度范围内的空间谱值Pout(fi,θ)在角度范围内的值进行消减抑制，具体的伪峰抑制方法为根据伪峰波束范围以外的空间谱值对伪峰范围内的空间谱值进行三次样条插值，得到插值结果Pin(fi,θ),用插值得到的新数据代替原空间谱数据，得到频率fi抑制后的空间谱输出数据Pout(fi,θ)'，即：

Pout(fi,θ)'＝Pvcbf(fi,θ),θ＝其它

将各频率抑制后的空间谱输出数据相加得到抑制后的宽带空间谱输出数据之后令Pout(θ)＝Pout(θ)'；

因为一共有k个过门限目标角度，每个目标的角度都进行伪峰抑制，因此上述伪峰抑制过程要执行k次。