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专利号: 2020108165031
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于稀疏建模的水声多径信号到达时间差的估计方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)水下目标通过发送声波信号传递至参考传感器和其他传感器;

(2)对参考传感器接收的信号进行时间反转处理,将时间反转后的信号与其余传感器接收的信号分别做卷积运算,再对卷积后的所有信号做离散傅里叶变换;

(3)采样时间先对称扩展到负半轴然后进行细化处理,利用细化的采样时间对所得信号进行稀疏重构,并用正交匹配追踪方法提取出稀疏信号的所有时间差参数,提取的时间差参数应用于TDOA定位。

2.根据权利1所述的基于稀疏建模的水声多径信号到达时间差估计方法,其特征在于,步骤(1)中,所述传感器接收信号如下当水下目标发射的载波为s(t)时,传感器i(i=1,2,…,N)接收的水声信号如下式中βi,k为第k条径的增益,τi,k为第k条径的时延,K为多径数,wi(t)是噪声函数;

传感器的个数为N+1,传感器0是参考传感器,参考传感器接收的声波信号表示为式中β0,d是第d条径的增益,τ0,d为第d条径的时延,D为多径数,w0(t)是噪声函数。

3.根据权利1所述的基于稀疏建模的水声多径信号到达时间差估计方法,其特征在于,步骤(2)中,对水声信号的时间反转如下对y0进行时间反转处理得到

式中*代表卷积操作,δ(t)为单位冲激函数,对声波信号yi和y′0做卷积运算得到

式中w(t)是噪声函数,对方程(4)做离散傅里叶变换得到式中m的取值范围为m=0,1,…,M-1,M为采样点数,fc是载波频率,Δf是采样间隔,W(m)是w(t)的离散傅里叶变换,这里s(t)的离散傅里叶变换是S(m)。

4.根据权利1所述的基于稀疏建模的水声多径信号到达时间差估计方法,其特征在于,步骤(3)中,采样时间的细化如下信号的采样时间为p,对采样时间进行细化

式中n为大于一万的正整数,使得 足够小和n远大于KD;表示集合之间的被包含关系。

5.根据权利1所述的基于稀疏建模的水声多径信号到达时间差估计方法,其特征在于,步骤(3)中,信号的稀疏重构如下通过方程(6),构造稀疏化矩阵写为

式中E′是一个M×(2n+1)维矩阵,因此,矩阵方程表示为Y=SE′B′+W=θB′+W                 (8)式中

Y=[Yi,0(0),Yi,0(1),…,Yi,0(M-1)]T           (9)S=diag([S(0)S(0),…,S(M-1)S(-M+1)])     (10)W=[W(0),W(1),…,W(M-1)]T           (12)θ=SE′和B′是一个未知量;方程(8)通过正交匹配追踪算法来求解,β2n+1是虚拟径的幅值,B′的行数对应时延差集合 将B′所有不为零的项的行数与时间差集合 一一对应,B′的第一行对应时间差-p;提取出的时间差参数乘以水下声速确定定位所需的TDOA测量值。