CN110703199B - 基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法 - Google Patents
基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110703199B CN110703199B CN201911005246.7A CN201911005246A CN110703199B CN 110703199 B CN110703199 B CN 110703199B CN 201911005246 A CN201911005246 A CN 201911005246A CN 110703199 B CN110703199 B CN 110703199B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cross
- sub
- power spectrum
- signals
- azimuth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
- G01S5/20—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法,涉及参数估计领域。本发明是为了解决现有仅用某一时刻的罗经值对四元十字阵在观测时发生的水平旋转进行修正,导致对目标的方位估计不准确的问题。本申请用罗经实时记录四元十字阵的水平旋转信息,利用罗经数据对目标方位进行实时修正,保证长时间弱信号的高精度方位估计。它用于估计目标的方位。
Description
技术领域
本发明涉及旋转条件下的四元十字阵高精度方位估计方法,属于参数估计领域。
背景技术
四元十字阵可以估计基阵坐标系下目标的相对方位,通过罗经测量四元十字阵的朝向,可以计算得到大地坐标系下目标的绝对方位。四元十字阵安装在小平台下时,由于受到水流的冲激,在观测过程中容易发生水平旋转,当方位急剧变化时,仅用某一时刻的罗经值对相对方位进行修正已经不能准确估计方位。此外,当信号的信噪比较低时,为达到高精度的方位估计,通常要求足够长的积分时间以保证信号处理增益。而基阵的转动将使得信号的处理增益大幅下降,有必要测试转动数据并加以补偿修正。
发明内容
本发明是为了解决现有仅用某一时刻的罗经值对四元十字阵在观测时发生的水平旋转进行修正,导致对目标的方位估计不准确的问题。现提供基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法。
基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法,所述方法包括以下步骤:
步骤一、采用四元十字阵同步采集来自同一目标的4路声信号,将每个声信号分成M段长度为N的子信号,M和N均为正整数,分别对每段子信号进行加窗处理后,再进行离散傅里叶变换,每段子信号下均得到4组频谱值;
步骤二、对每段子信号下得到的4组频谱值中、位于四元十字阵同一个坐标轴上的两个阵元对应的频谱值进行互谱计算,每段子信号下得到两路互功率谱;
步骤三、利用四元十字阵正下方安装的罗经测量每段子信号下四元十字阵的水平转向角,利用每段子信号下的水平转向角对相应子信号对应的两路互功率谱分别进行修正,分别得到每段子信号下罗经修正后的正北方向互功率谱和罗经修正后的正东方向的互功率谱;
步骤四、对所有子信号对应的正北方向互功率谱和正东方向的互功率谱分别进行积分求和,分别得到积分求和后的正北方向互功率谱和正东方向互功率谱;
步骤五、根据积分求和后的正北方向互功率谱和正东方向互功率谱,获得声信号在每个频率值下的方位,将相同方位对应的自功率谱相加得到方向功率谱,从各个方位下的方向功率谱中选择方向功率谱的最大值,该最大值对应的方位为目标方位。
优选的,步骤一中,每段子信号下得到4组频谱值的过程为:
四元十字阵由4个在同一水平面的水听器组成,四个水听器分别位于平面直角坐标系的X轴和Y轴上;
用模数变换器将每段子信号内四个水听器采集的4路声信号分别转换成4路数字信号s1(n)、s2(n)、s3(n)和s4(n),分别对该4路数字信号进行加窗处理,分别得到处理后的四路信号x1(n)、x2(n)、x3(n)和x4(n):
x1(n)=s1(n)w(n) 公式1,
x2(n)=s2(n)w(n) 公式2,
x3(n)=s3(n)w(n) 公式3,
x4(n)=s4(n)w(n) 公式4,
式中,n为样本点的序号,w(n)为窗函数;
对处理后的四路信号x1(n)、x2(n)、x3(n)和x4(n)分别进行离散傅里叶变换,分别得到四路频谱值X1(k)、X2(k)、X3(k)和X4(k):
式中,k表示频率值,k=0到N-1。
优选的,步骤二中,对每段子信号下的4组频谱值中位于四元十字阵同一个坐标轴上的两个阵元得到的频谱值进行互谱计算,得到两路互功率谱P13(k)和P24(k):
式中,P13(k)表示平面直角坐标系一个坐标轴上两个水听器对应频谱值的互功率谱,P24(k)表示平面直角坐标系另一个坐标轴上两个水听器对应频谱值的互功率谱,H表示复共轭。
优选的,步骤三中,利用公式11和公式12,分别得到每段子信号下罗经修正后的正北方向互功率谱P′N(k)和罗经修正后的正东方向的互功率谱P′E(k):
优选的,步骤五中,利用公式16,将相同方位的自功率谱相加,得到方向功率谱S(θ):
本发明的有益效果为:
本申请用罗经实时记录四元十字阵的水平旋转信息,利用罗经数据对目标方位进行实时修正,保证长时间弱信号的高精度方位估计。为了保证罗经实时记录四元十字阵的水平旋转信息,要求罗经与四元十字阵刚性连接。本申请的方法与现有技术相比,对目标方位估计的结果准确性高。
附图说明
图1为四元十字阵的位置图;
图2为基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:参照图1和图2具体说明本实施方式,本实施方式所述的基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法,所述方法包括以下步骤:
步骤一、采用四元十字阵同步采集来自同一目标的4路声信号,将每个声信号分成M段长度为N的子信号,M和N均为正整数,分别对每段子信号进行加窗处理后,再进行离散傅里叶变换,每段子信号下均得到4组频谱值;
步骤二、对每段子信号下得到的4组频谱值中、位于四元十字阵同一个坐标轴上的两个阵元对应的频谱值进行互谱,每段子信号下得到两路互功率谱;
步骤三、利用四元十字阵正下方安装的罗经测量每段子信号下四元十字阵的水平转向角,利用每段子信号下的水平转向角对相应子信号对应的两路互功率谱分别进行修正,分别得到每段子信号下罗经修正后的正北方向互功率谱和罗经修正后的正东方向的互功率谱;
步骤四、对所有子信号对应的正北方向互功率谱和正东方向的互功率谱分别进行积分求和,分别得到积分求和后的正北方向互功率谱和正东方向互功率谱;
步骤五、根据积分求和后的正北方向互功率谱和正东方向互功率谱,获得声信号在每个频率值下的方位,将相同方位对应的自功率谱相加得到方向功率谱,从各个方位下的方向功率谱中选择方向功率谱的最大值,该最大值对应的方位为目标方位。
本实施方式中,步骤三的内容相当于对两轴上的互谱结合罗经信息补偿到北向和东向两轴上。步骤四的内容相当于不同时间的补偿后互谱进行累计。步骤五的内容相当于根据两轴上的互谱值计算目标方位;对不同频点上的目标方位进行能量累积;用所有方向的功率谱构成目标信号空间谱特性,利用空间谱特性的最大值估计得到目标的方位角。
具体实施方式二:本实施方式是对具体实施方式一所述的基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法作进一步说明,本实施方式中,步骤一中,每段子信号下得到4组频谱值的过程为:
四元十字阵由4个在同一水平面的水听器组成,四个水听器分别位于平面直角坐标系的X轴和Y轴上;
用模数变换器将每段子信号内四个水听器采集的4路声信号分别转换成4路数字信号s1(n)、s2(n)、s3(n)和s4(n),分别对该4路数字信号进行加窗处理,分别得到处理后的四路信号x1(n)、x2(n)、x3(n)和x4(n):
x1(n)=s1(n)w(n) 公式1,
x2(n)=s2(n)w(n) 公式2,
x3(n)=s3(n)w(n) 公式3,
x4(n)=s4(n)w(n) 公式4,
式中,n为样本点的序号,w(n)为窗函数;
对处理后的四路信号x1(n)、x2(n)、x3(n)和x4(n)分别进行离散傅里叶变换,分别得到四路频谱值X1(k)、X2(k)、X3(k)和X4(k):
式中,k表示频率值,k=0到N-1。
本实施方式中,图1中的四个阵元的位置分别是:阵元1(a,0),阵元2(0,a),阵元3(-a,0),阵元4(0,-a),2a为对角阵元的距离。四元十字阵的正下方安装有一个罗经,罗经的北向由中心指向一号阵元,罗经与四元十字阵刚性连接。
w(n)为窗函数,可以选择为矩形窗,汉宁窗,汉明窗等。矩形窗定义为:
N为窗函数的长度。加窗后的信号长度也是N。
具体实施方式三:本实施方式是对具体实施方式二所述的基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法作进一步说明,本实施方式中,步骤二中,对每段子信号下的4组频谱值中位于四元十字阵同一个坐标轴上的两个阵元得到的频谱值进行互谱,得到两路互功率谱P13(k)和P24(k):
式中,P13(k)表示平面直角坐标系一个坐标轴上两个水听器对应频谱值的互功率谱,P24(k)表示平面直角坐标系另一个坐标轴上两个水听器对应频谱值的互功率谱,H表示复共轭。
具体实施方式四:本实施方式是对具体实施方式三所述的基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法作进一步说明,本实施方式中,步骤三中,利用公式11和公式12,分别得到每段子信号下罗经修正后的正北方向互功率谱P′N(k)和罗经修正后的正东方向的互功率谱P′E(k):
具体实施方式七:本实施方式是对具体实施方式六所述的基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法作进一步说明,本实施方式中,步骤五中,利用公式16,将相同方位的自功率谱相加,得到方向功率谱S(θ):
本实施方式中,所有方向的功率谱构成了目标信号空间谱特性。
具体实施方式八:本实施方式是对具体实施方式七所述的基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法作进一步说明,本实施方式中,步骤五中,利用公式17,从各个方位下的方向功率谱中选择方向功率谱的最大值,该最大值对应的方位为目标方位:
Claims (8)
1.基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤一、采用四元十字阵同步采集来自同一目标的4路声信号,将每个声信号分成M段长度为N的子信号,M和N均为正整数,分别对每段子信号进行加窗处理后,再进行离散傅里叶变换,每段子信号下均得到4组频谱值;
步骤二、对每段子信号下得到的4组频谱值中、位于四元十字阵同一个坐标轴上的两个阵元对应的频谱值进行互谱计算,每段子信号下得到两路互功率谱;
步骤三、利用四元十字阵正下方安装的罗经测量每段子信号下四元十字阵的水平转向角,利用每段子信号下的水平转向角对相应子信号对应的两路互功率谱分别进行修正,分别得到每段子信号下罗经修正后的正北方向互功率谱和罗经修正后的正东方向的互功率谱;
步骤四、对所有子信号对应的正北方向互功率谱和正东方向的互功率谱分别进行积分求和,分别得到积分求和后的正北方向互功率谱和正东方向互功率谱;
步骤五、根据积分求和后的正北方向互功率谱和正东方向互功率谱,获得声信号在每个频率值下的方位,将相同方位对应的自功率谱相加得到方向功率谱,从各个方位下的方向功率谱中选择方向功率谱的最大值,该最大值对应的方位为目标方位。
2.根据权利要求1所述基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法,其特征在于,步骤一中,每段子信号下得到4组频谱值的过程为:
四元十字阵由4个在同一水平面的水听器组成,四个水听器分别位于平面直角坐标系的X轴和Y轴上;
用模数变换器将每段子信号内四个水听器采集的4路声信号分别转换成4路数字信号s1(n)、s2(n)、s3(n)和s4(n),分别对该4路数字信号进行加窗处理,分别得到处理后的四路信号x1(n)、x2(n)、x3(n)和x4(n):
x1(n)=s1(n)w(n) 公式1,
x2(n)=s2(n)w(n) 公式2,
x3(n)=s3(n)w(n) 公式3,
x4(n)=s4(n)w(n) 公式4,
式中,n为样本点的序号,w(n)为窗函数;
对处理后的四路信号x1(n)、x2(n)、x3(n)和x4(n)分别进行离散傅里叶变换,分别得到四路频谱值X1(k)、X2(k)、X3(k)和X4(k):
式中,k表示频率值,k=0到N-1。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911005246.7A CN110703199B (zh) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | 基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911005246.7A CN110703199B (zh) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | 基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110703199A CN110703199A (zh) | 2020-01-17 |
CN110703199B true CN110703199B (zh) | 2021-09-24 |
Family
ID=69200881
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911005246.7A Active CN110703199B (zh) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | 基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110703199B (zh) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5774417A (en) * | 1996-10-25 | 1998-06-30 | Atlantic Richfield Company | Amplitude and phase compensation in dual-sensor ocean bottom cable seismic data processing |
CN105486313A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-04-13 | 东南大学 | 一种基于usbl辅助低成本sins系统的定位方法 |
CN107728109A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-02-23 | 哈尔滨工程大学 | 一种非合作目标辐射噪声测量定位技术 |
KR101897688B1 (ko) * | 2017-06-12 | 2018-09-12 | 한국지질자원연구원 | 상호상관을 이용한 지진계 센서의 3성분 방향각도 추출 장치 및 방법 |
CN108845290A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-11-20 | 哈尔滨工程大学 | 一种超短基线阵抗相位模糊的方法 |
CN109884730A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-06-14 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于深海水下滑翔机平台的虚拟阵被动探测方法 |
CN109975813A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-07-05 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于水下滑翔机平台的十字阵线谱目标被动探测方法 |
CN109991567A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-07-09 | 哈尔滨工程大学 | 一种水下滑翔机四面体阵三维被动测向方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100694897B1 (ko) * | 2004-02-11 | 2007-03-15 | 대한민국 | 항법용 자기 콤파스를 이용한 보정방법 |
CN104142492B (zh) * | 2014-07-29 | 2017-04-05 | 佛山科学技术学院 | 一种srp‑phat多源空间定位方法 |
CN105116372B (zh) * | 2015-07-17 | 2018-05-18 | 哈尔滨工程大学 | 一种浅海海底水平直线水听器阵朝向校准的方法 |
CN106546949B (zh) * | 2016-10-28 | 2018-12-28 | 东南大学 | 一种基于频率预估计的双阵元正弦信号来波方向估计方法 |
-
2019
- 2019-10-22 CN CN201911005246.7A patent/CN110703199B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5774417A (en) * | 1996-10-25 | 1998-06-30 | Atlantic Richfield Company | Amplitude and phase compensation in dual-sensor ocean bottom cable seismic data processing |
CN105486313A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-04-13 | 东南大学 | 一种基于usbl辅助低成本sins系统的定位方法 |
KR101897688B1 (ko) * | 2017-06-12 | 2018-09-12 | 한국지질자원연구원 | 상호상관을 이용한 지진계 센서의 3성분 방향각도 추출 장치 및 방법 |
CN107728109A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-02-23 | 哈尔滨工程大学 | 一种非合作目标辐射噪声测量定位技术 |
CN108845290A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-11-20 | 哈尔滨工程大学 | 一种超短基线阵抗相位模糊的方法 |
CN109884730A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-06-14 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于深海水下滑翔机平台的虚拟阵被动探测方法 |
CN109975813A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-07-05 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于水下滑翔机平台的十字阵线谱目标被动探测方法 |
CN109991567A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-07-09 | 哈尔滨工程大学 | 一种水下滑翔机四面体阵三维被动测向方法 |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
Attitude Correction Method in DOA Estimation of Single;Jinyan Du等;《2018 OCEANS - MTS/IEEE Kobe Techno-Oceans (OTO)》;20181206;1-8 * |
Direction of Arrival Estimation Using the;Jacek Dmochowski等;《 IEEE Transactions on Audio, Speech, and Language Processing》;20070423;第15卷(第4期);1-13 * |
Signal detection and bearing estimation for underwater;Shao-hua Chen等;《2012 IEEE 11th International Conference on Signal Processing》;20130404;1-8 * |
基于MEMS矢量水听器阵列的测向技术研究;陈桂英;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20140815(第8期);C028-69 * |
采用姿态修正的单矢量水听器远场测向技术;牛嗣亮等;《声学技术》;20081031;第27卷(第5期);54-55 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110703199A (zh) | 2020-01-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107919535B (zh) | 一种基于定向双圆阵的立体阵列天线及其构建方法 | |
CN107787456A (zh) | 方位计算 | |
CN109975840B (zh) | 一种调零天线卫星导航接收机定位校正方法 | |
CN110703259A (zh) | 基于运动声源的水下声学基阵通道间相位一致性校准方法 | |
CN111561924B (zh) | 一种磁信标的校正方法及基于旋转磁偶极子的定位方法 | |
CN114325566B (zh) | 一种超宽带来波信号测频测向布阵方法及其计算方法 | |
CN103926555B (zh) | 一种利用非圆信号测定天线阵列接收机幅相响应的方法 | |
CN109507635A (zh) | 利用两个未知方位辅助源的阵列幅相误差估算方法 | |
CN111487478A (zh) | 基于深度神经网络的角度依赖型复杂阵列误差校准方法 | |
CN110927751B (zh) | 一种基于载波相位测量的阵列天线自适应校正实现方法 | |
CN114679227B (zh) | 一种测向误差的空间频域校正方法 | |
CN113835063B (zh) | 一种无人机阵列幅相误差与信号doa联合估计方法 | |
CN110703199B (zh) | 基于罗经补偿的四元十字阵高精度方位估计方法 | |
CN112240957B (zh) | 一种卫星导航干扰测向中天线幅相特性校正方法 | |
JP4294634B2 (ja) | 校正テーブルの作成方法および到来波の到来方向推定方法 | |
CN115826004B (zh) | 一种基于二维角度及时差联合的三星协同直接定位方法 | |
CN114035149B (zh) | 一种提升干涉仪测向系统灵敏度的方法 | |
CN112986701B (zh) | 一种基于射电源宽带信号的全息测量方法及系统 | |
CN116087871A (zh) | 一种圆阵干涉仪测向方法、装置、系统以及存储介质 | |
CN110703198B (zh) | 基于频率挑选的四元十字阵包络谱估计方法 | |
CN112269070B (zh) | 一种天线测试双极化探头的通道平衡方法和系统 | |
CN111491368A (zh) | 一种适用于aoa算法定位基站的校正方法及校正装置 | |
JP2003143046A (ja) | 受信アレーアンテナキャリブレーション装置 | |
CN112327280B (zh) | 一种水声均匀线阵阵元编号校正方法 | |
CN112114287B (zh) | 一种方位观测数据的野值实时剔除方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |