技術(shù)特征：

1.一種基于淺海多途到達(dá)角和到達(dá)時(shí)延的近距離聲源聯(lián)合定位方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：淺海近距離聲源的多途到達(dá)角定位：

步驟1a：在淺海波導(dǎo)中，聲源在遠(yuǎn)場(chǎng)條件下，K個(gè)多途到達(dá)角能夠表示為K個(gè)平面波，利用N陣元的均勻垂直線列陣進(jìn)行接收，則均勻垂直線列陣的接收信號(hào)為：

x(t)＝A(θ)·s(t)+n(t) (1)

式中A(θ)是一個(gè)N×K維的陣列流形矩陣，s(t)是一個(gè)K×1維的信號(hào)向量，n(t)是N×1維的噪聲向量，假設(shè)為均值為0，方差為σ²的穩(wěn)態(tài)高斯白噪聲；對(duì)接收信號(hào)的協(xié)方差矩陣R_x進(jìn)行特征分解可得：

$R_x=E\left(x\right(t\left)x^H\right(t\left)\right)=U_s{\mathrm{\Λ}}_s{U}_s^H+{\mathrm{\σ}}^2{U}_n{U}_n^H---\left(2\right)$

式中(·)^H表示取共軛轉(zhuǎn)置，Λ_s是一個(gè)k×k維的對(duì)角矩陣，其對(duì)角線上的值為R_x特征值中的最大的k個(gè)特征值，U_s為N×k維的矩陣，每一列為對(duì)應(yīng)中Λ_s特征值的特征向量，也是獲得的信號(hào)子空間，U_n為N×(N-k)維的矩陣，由R_x的除了U_s剩下的特征向量構(gòu)成，是獲得的噪聲子空間；

步驟1b：通過(guò)最小化信號(hào)子空間和陣列流形向量張成空間的距離計(jì)算到達(dá)角的估計(jì)值

$\widehat{\mathrm{\θ}}=\underset{\mathrm{\θ}}{min}\left|\right|U_s{V}^{1/2}-A\left(\mathrm{\θ}\right)T|{|}_F^2---\left(3\right)$

式中||·||_F表示弗羅貝尼烏斯范數(shù)，V是一個(gè)正定加權(quán)矩陣，為了得到到達(dá)角的最小漸進(jìn)方差估計(jì)，V的計(jì)算公式為：

$V={({\mathrm{\Λ}}_s-{\mathrm{\σ}}^{2}I)}^2{\mathrm{\Λ}}_s^{-1}---\left(4\right)$

式中(·)^-1表示求逆算子，I一個(gè)k×k維的單位矩陣；將(4)式代入(3)式，并將(3)式對(duì)T求偏導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)為0，能夠得到T的估計(jì)值為：

$\hat{T}=A^{-1}{U}_s{V}^{1/2}---\left(5\right)$

步驟1c：將公式(5)代入公式(3)可得：

$\widehat{\mathrm{\θ}}=\underset{\mathrm{\θ}}{min}tr\left\{P_A^{\⊥}\left(\mathrm{\θ}\right)U_s{\mathrm{VU}}_s^H\right\}---\left(6\right)$

式中P_A是對(duì)A的像空間的投影矩陣，是對(duì)其零空間的投影矩陣；

步驟1d：由于接收信號(hào)的多途到達(dá)角是聲源位置的函數(shù)，則多途到達(dá)角表示為：

θ＝h(r,z) (7)

式中h(·)表示聲場(chǎng)環(huán)境模型算子，計(jì)算時(shí)通過(guò)聲場(chǎng)程序Bellhop進(jìn)行計(jì)算，r表示聲源距離，z表示聲源深度；所以上式(6)表示為：

$\[\hat{z},\hat{r}\]=\underset{z,r}{min}tr\left\{P_A^{\⊥}(z,r)U_s{\mathrm{VU}}_s^H\right\}---\left(8\right)$

式中分別表示聲源深度和距離的估計(jì)值；聲源定位的模糊表面為：

$A_W=\frac{1}{tr\left\{P_A^{\⊥}(z,r)U_s{\mathrm{VU}}_s^H\right\}}---\left(9\right)$

則用分貝表示的歸一化模糊表面為：

$E_W=20log10\left(\frac{A_W}{max\left(A_W\right)}\right)---\left(10\right)$

步驟2：淺海近距離聲源的多途到達(dá)時(shí)延定位：計(jì)算的接收信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)，通過(guò)提取自相關(guān)函數(shù)的相關(guān)峰值點(diǎn)，得到接收信號(hào)的多途到達(dá)時(shí)延為T_e；然后通過(guò)Bellhop模型計(jì)算得到聲場(chǎng)空間相應(yīng)位置處的多途到達(dá)時(shí)延為T_p(r,z)，從而得到多途到達(dá)時(shí)延的歸一化模糊平面為：

$E_T=20log10\left(\frac{|T_e-T_p(r,z)|}{max\left(\right|T_e-T_p(r,z)\left|\right)}\right)---\left(11\right)$

步驟3：利用多途到達(dá)角和多途到達(dá)時(shí)延的聯(lián)合定位方法：通過(guò)聯(lián)合多途到達(dá)角和多途到達(dá)時(shí)延兩種信息，對(duì)聲源進(jìn)行準(zhǔn)確定位；計(jì)算公式為：

$E_c=\frac{E_W}{min\left(E_W\right)}+\frac{E_T}{min\left(E_T\right)}---\left(12\right)$

通過(guò)求聲源空間的模糊函數(shù)，峰值位置即為聲源所在的位置。