申请/专利权人：东南大学

申请日：2021-07-06

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN113325401B

主分类号：G01S7/539

分类号：G01S7/539

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2021.09.17#实质审查的生效;2021.08.31#公开

摘要：本发明公开了一种基于线谱相位差解模糊的畸变拖曳线列阵信号重构方法，包括：首先根据信号远场平面波入射和阵形无畸变两个假设，进行源信号预重构，然后在根据预重构的源信号计算功率谱，最后根据功率谱进行线谱自主提取；根据提取的线谱的位置，计算阵元间的采集数据在该位置处的相位差；对无模糊的低频线谱相位差进行加权最小二乘时延差粗测；对有模糊的高频线谱相位差进行解模糊时延差精测；基于精测时延差二次重构源信号。本发明能够解模糊高频线谱阵元间相位差，提高时延差估计精度，进而提高重构源信号的保真度。

主权项：1.一种基于线谱相位差解模糊的畸变拖曳线列阵信号重构方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、首先根据信号远场平面波入射和阵形无畸变两个假设，进行源信号预重构，然后在根据预重构的源信号计算功率谱，最后根据功率谱进行线谱自主提取；步骤S2、根据步骤S1中提取的线谱的位置，计算阵元间的采集数据在该位置处的相位差；步骤S3、对无模糊的低频线谱相位差进行加权最小二乘时延差粗测；步骤S4、对有模糊的高频线谱相位差进行解模糊时延差精测；步骤S5、基于精测时延差二次重构源信号；所述步骤S1具体包括：步骤S101、假定基于信号远场平面波入射和阵形无畸变两个假设预估的目标方位为按照方位采用常规波束形成从拖曳线列阵采集数据中预重构源信号： 其中，s1[n]为预重构的源信号，xm[n]，m＝1,2,…,M，表示拖曳线列阵中阵元Hm的采集数据，M为拖曳线列阵的阵元个数，fs为拖曳线列阵接收数据数字化过程中的采样率，d为均匀拖曳线列阵的阵元间距，cos为余弦函数，v为声波在水中的传播速度，N为重构源信号的数据长度；步骤S102、计算预重构源信号s1[n]的功率谱P[l]： 其中，l为P[l]的离散频率索引，lL为线谱自主提取频带下限频率fL对应的离散频率索引，代表向下取整，Δf表示长度为N的离散傅里叶变换的频率分辨率，Δf＝fsN，lH为线谱自主提取频带上限频率fH对应的离散频率索引，代表向上取整，j为虚数单位，即||代表取模运算；步骤S103、将功率谱P[l]通过Q阶中值滤波器得到其趋势项C[l]，则功率谱P[l]与趋势项C[l]的差值谱D[l]为：D[l]＝P[l]-C[l],l＝lL-1,lL,…,lH+1，D[l]的规范化差值谱为： 其中，D＝[D[lL-1],D[lL],…,D[lH+1]]，stdD是求D的标准差；步骤S104、设定功率谱线谱检测门限γ，在lL≤l≤lH范围内遍历规范化差值谱Dstd[l]进行线谱自主提取，若Dstd[l]满足如下条件： 则将Dstd[l]判为线谱，假定提取出K根线谱，第k根线谱在Dstd[l]中的索引为Jk,k＝1,2,…,K；步骤S105、记则第k根线谱频率插值的相对偏差δk为： 第k根线谱的频率估计值为： 所述步骤S2具体包括：步骤S201、计算阵元Hm的采集数据在频率位置处的相位 其中，arctan2为反正切函数，sin为正弦函数；步骤S202、计算阵元Hm采集数据与阵元Hm-1采集数据在频率位置处的相位差 所述步骤S3具体包括：步骤S301、计算阵元Hm采集数据xm[n]的功率谱Pm[l]： 步骤S302、估计阵元Hm采集数据在频率位置处噪声的功率 其中，G为噪声功率估计器的长度，取偶数，且G＜2Jk-2；步骤S303、估计阵元Hm采集数据在频率位置处信号加噪声的功率 步骤S304、估计阵元Hm采集数据的功率谱的第k根线谱的信噪比 步骤S305、对无模糊的低频线谱相位差进行加权最小二乘时延差粗测： 其中，为预估的阵元间时延差，K1为半波长不小于阵元间距的线谱的个数；所述步骤S4具体包括：步骤S401、计算阵元Hm采集数据与阵元Hm-1采集数据之间的候选时延差qmi： 其中， 为候选时延差的下界，max为求最大值函数，ΔΔτ＝4fH为相邻候选时延差的间隔， 为候选时延差的个数， 为候选时延差的上界，min为求最小值函数；步骤S402、基于线谱相位差解模糊精确估计阵元Hm采集数据与阵元Hm-1采集数据之间的时延差，具体包括如下步骤：步骤S4021、初始化，令i＝1；步骤S4022、令 其中，int代表四舍五入取整，令 步骤S4023、基于进行加权最小二乘时延差估计： 所得时延差估计的最小二乘误差为： 步骤S4024、令 令 其中， 步骤S4025、基于进行加权最小二乘时延差估计： 所得时延差估计的最小二乘误差为： 步骤S4026、如果令 其中，表示候选时延差为qmi时时延差的最小二乘解，表示候选时延差为qmi时时延差的最小二乘解对应的最小二乘误差，否则，令 返回步骤S4024；步骤S4027、令i＝i+1，若i≤Im，则返回步骤S4022；步骤S403、搜索的最小值所对应的下标索引表达式为： 其中，表示在1≤i≤Im范围内搜索的最小值所对应的下标索引，则基于线谱相位差解模糊获取的阵元Hm采集数据与阵元Hm-1采集数据之间的时延差的精确估计为 其中，

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百度查询： 东南大学 一种基于线谱相位差解模糊的畸变拖曳线列阵信号重构方法

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