本发明专利技术公开了一种极地脉冲噪声环境下自适应零陷DOA估计方法和系统，所述方法包括：获取零陷阵列接收到的信号，所述零陷阵列为均匀直线阵，其中第一个阵列传感器为参考阵元，其他阵列传感器为辅助阵元；在第l个快拍下，输入零陷阵列中辅助阵元接收到的信号和参考阵元接收到的信号，初始化相关参数；进行运算迭代获得零陷阵列辅助阵元权向量，在每轮迭代中，根据零陷阵列误差信号更新参数，并根据可变步长更新辅助阵元权向量；将阵列方向图的倒数定义为空间谱获得方位谱，根据方位谱，估计出目标方位。本发明专利技术在极地脉冲噪声环境中具有较高的DOA估计精度和较低的计算复杂度，不需要已知信源个数，利于工程实现和应用。利于工程实现和应用。利于工程实现和应用。
【技术实现步骤摘要】
一种极地脉冲噪声环境下自适应零陷DOA估计方法和系统
[0001]本专利技术涉及一种在极地脉冲噪声环境下探测性能良好且计算复杂度较低的DOA估计方法和系统，属于极地水声探测领域。
技术介绍
[0002]水下目标探测面临着水下脉冲噪声的严重影响。通常情况下认为环境噪声服从高斯分布，然而水下海洋环境噪声数据显示水下随机噪声存在大的脉冲噪声，比如极地水下环境中存在冰层断裂，以及冰山碰撞挤压造成的水下脉冲噪声。而常见的多数DOA估计方法假设背景噪声服从高斯分布，这使得这些方法在极地脉冲噪声环境背景下性能极大地降低并不适用，因此急需发展一种适用于极地脉冲噪声环境背景的DOA估计方法。
[0003]在脉冲噪声背景下，基于相关熵，近年来有学者提出了两种和MUSIC方法相结合的DOA估计方法，即CRCO
‑
MUSIC方法和MCC
‑
MUSIC方法。除此之外，l
p
‑
MUSIC方法和一些稀疏贝叶斯方法也被提出用于脉冲噪声下的DOA估计。尽管这些方法在脉冲噪声背景下实现了超分辨率DOA估计，但它们需要已知目标的个数，并且具有较高的计算复杂度。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种极地脉冲噪声环境下自适应零陷DOA估计方法和系统，解决极地脉冲噪声环境背景下的DOA估计问题，其计算复杂低，且估计性能良好。
[0005]为了实现以上专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]第一方面，一种极地脉冲噪声环境下自适应零陷DOA估计方法，包括以下步骤：
[0007]获取零陷阵列接收到的信号，所述零陷阵列为均匀直线阵，其中第一个阵列传感器为参考阵元，其他阵列传感器为辅助阵元；
[0008]在第l个快拍下，输入零陷阵列中辅助阵元接收到的信号y(l)和参考阵元接收到的信号y0(l)，初始化零陷阵列辅助阵元权向量w，初始化Andrew正弦估计器的参数c的初始值c0，初始化Andrew正弦估计器误差项的模值的累积和A
∑
(0)，初始化Andrew正弦估计器误差项的模值的开根号的累积和初始化l；
[0009]基于接收信号以及相关参数的初始值，进行运算迭代获得零陷阵列辅助阵元权向量w，在每轮迭代中，根据零陷阵列误差信号e(l)更新参数c，并根据可变步长μ
ASE
(l)更新辅助阵元权向量；令l＝l+1，如果l大于最大快拍数L，则输出w(l)，否则重复迭代操作；
[0010]将阵列方向图的倒数定义为空间谱获得方位谱，根据方位谱，估计出目标方位。
[0011]第二方面，一种极地脉冲噪声环境下自适应零陷DOA估计系统，包括：
[0012]信号获取模块，获取零陷阵列接收到的信号，所述零陷阵列为均匀直线阵，其中第一个阵列传感器为参考阵元，其他阵列传感器为辅助阵元；
[0013]数据输入和初始化模块，在第l个快拍下，输入零陷阵列中辅助阵元接收到的信号y(l)和参考阵元接收到的信号y0(l)，初始化零陷阵列辅助阵元权向量w，初始化Andrew正弦估计器的参数c的初始值c0，初始化Andrew正弦估计器误差项的模值的累积和A
∑
(0)，初
始化Andrew正弦估计器误差项的模值的开根号的累积和初始化l；
[0014]权向量迭代运算模块，基于接收信号以及相关参数的初始值，进行运算迭代获得零陷阵列辅助阵元权向量w，在每轮迭代中，根据零陷阵列误差信号e(l)更新参数c，并根据可变步长μ
ASE
(l)更新辅助阵元权向量；令l＝l+1，如果l大于最大快拍数L，则输出w(l)，否则重复迭代操作；
[0015]方位估计模块，将阵列方向图的倒数定义为空间谱获得方位谱，根据方位谱，估计出目标方位。
[0016]第三方面，本专利技术还提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述程序被处理器执行时实现如上所述的极地脉冲噪声环境下自适应零陷DOA估计方法的步骤。
[0017]第四方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的极地脉冲噪声环境下自适应零陷DOA估计方法的步骤。
[0018]相比于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术通过设计一种新的变参数的Andrew正弦估计器和一种新的可变步长方法，将它们与自适应零陷阵列相结合从而形成了一种计算复杂低，性能良好的，适用于水下脉冲噪声环境和高斯噪声环境的DOA估计方法，并且该方法不需要已知目标个数利于实际工程应用。传统的Andrew正弦估计器虽然也能够一定程度上处理脉冲噪声，但性能却不是最优的，因此本专利技术提出了一种可变参数的Andrew正弦估计器来提高它的性能，进一步挖掘Andrew正弦估计器抗脉冲噪声的潜力。除此之外，传统的步长设计依赖于参数选择，实际情况参数挑选比较困难，这使得方法的收敛速度较慢。为了解决这个问题，本专利技术提出了一种新的可变步长方法，该方法利用S形函数设计，只与误差信号和信号功率有关，不需要参数选择，这样的设计使得方法的收敛速度加快并且利于实际的工程应用。
附图说明
[0020]图1是基于极地脉冲噪声环境背景的自适应零陷DOA估计方法流程图；
[0021]图2是自适应零陷阵列框图；
[0022]图3是模拟极地环境脉冲噪声的实数部分的时域波形图；
[0023]图4(a)、图4(b)是不同方法的200次蒙特卡洛CPU操作的总时间(以秒为单位)，其中图4(a)是各种方法在不同阵元个数下的运行时间，其中GSNR＝2dB，L＝500；图4(b)是各种方法在不同快拍数下的运算时间，其中GSNR＝2dB，M＝12；
[0024]图5(a)、图5(b)、图5(c)是脉冲噪声下各自适应DOA估计方法的方位谱图，其中图5(a)对应于M＝12，GSNR＝0dB，L＝500；图5(b)对应于M＝12，GSNR＝5dB，L＝500；图5(c)对应于M＝12，GSNR＝10dB，L＝500；
[0025]图6(a)、图6(b)、图6(c)是脉冲噪声下不同方法的RMSE曲线，其中图6(a)是不同广义信噪比下各种方法的RMSE曲线，其中L＝200，M＝12；图6(b)是不同阵元个数下各种方法的RMSE曲线，其中L＝200，GSNR＝2dB；图6(c)是不同快拍数下各种方法的RMSE曲线，其中GSNR＝2dB，M＝12。
具体实施方式
[0026]为了方便本领域技术人员理解，下面结合具体实施例与附图对本专利技术作进一步的说明。
[0027]本专利技术提出一种极地脉冲噪声环境背景下的自适应零陷DOA估计方法，参照图1，该方法包括以下步骤：
[0028]步骤S1，获取零陷阵列接收到的信号。
[0029]考虑到远场窄带信号模型，在极地脉冲噪声环本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种极地脉冲噪声环境下自适应零陷DOA估计方法，其特征在于，包括以下步骤：获取零陷阵列接收到的信号，所述零陷阵列为均匀直线阵，其中第一个阵列传感器为参考阵元，其他阵列传感器为辅助阵元；在第l个快拍下，输入零陷阵列中辅助阵元接收到的信号y(l)和参考阵元接收到的信号y0(l)，初始化零陷阵列辅助阵元权向量w，初始化Andrew正弦估计器的参数c的初始值c0，初始化Andrew正弦估计器误差项的模值的累积和A
∑
(0)，初始化Andrew正弦估计器误差项的模值的开根号的累积和初始化l；基于接收信号以及相关参数的初始值，进行运算迭代获得零陷阵列辅助阵元权向量w，在每轮迭代中，根据零陷阵列误差信号e(l)更新参数c，并根据可变步长μ
ASE
(l)更新辅助阵元权向量；令l＝l+1，如果l大于最大快拍数L，则输出w(l)，否则重复迭代操作；将阵列方向图的倒数定义为空间谱获得方位谱，根据方位谱，估计出目标方位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可变步长μ
ASE
(l)计算方式如下：其中代表Andrew正弦估计器误差项A(e)的模值的算术平方根的平均值，A
∑
(l)表示Andrew正弦估计器误差项A(e)的模值的累积和，σ
y
(l)2是估计信号的功率，三者被分别定义为：A
∑
(l)＝A
∑
(l
‑
1)+|A(e)|σ
y
(l)2＝y
H
(l)y(l)e为零陷阵列误差信号，上标H表示转置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Andrew正弦估计器的参数c更新方式为：c＝c0arctan(|e|)其中参数c0为参数c的初始值，e为零陷阵列误差信号。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，零陷阵列误差信号计算方式如下：e(l)＝y0(l)
‑
w
H
(l)y(l)上标H表示转置。5.根据权利要求2所述的方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷敬伟，戴泽华，李迎松，张亮，郭昆，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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