1.一种基于交替投影的无网格相干信号波达方向估计方法,其特征在于:波达方向估计方法包括如下步骤:步骤一:水听器的阵元个数为M,阵元间距为d,接收的相干信号数据为 L为水听器阵元采样数据点数,根据AIC判决准则判别目标个数K,设定矩阵收敛的界限ε,将接收的相干信号的数据Y和数据协方差矩阵T0(u)组成半正定矩阵 其中T0(u)H H
=YY ,T0(u)是利用矢量u生成的共轭对称的托普利兹矩阵,Z为自由的共轭对称矩阵,(·)表示共轭转置运算符,初始化Z0=zeros(L,L),zeros(L,L)为L*L的全零矩阵;
步骤二:将半正定矩阵 投影到秩约束集上得到
其投影处理的具体过程为:首先,对半正定矩阵进行特征分解
eig(·)为特征分解运算符,其次,对特征值实数化Dz=real(Dz),其中,real(·)为取实部H运算符,最后,根据特征值及其对应的特征向量重构投影矩阵S0‑i=(Vz*Dz*Vz+(Vz*Dz*H HVz))/2;
步骤三:将T0(u)投影到沿主对角线元素平均化的Toeplitz矩阵上得到Ti(u),其投影处理的具体过程为:首先,根据公式u(i)=mean([diag(T0(u),(i‑1));(diag(T0(u),‑(i‑*
1))) ]),i=1,2,…,M得到向量更新值u=[u(1),u(2),…,u(M)],其中diag(·,num)表示取对角线的元素组成矢量,当num=0时,表示取矩阵的主对角线元素组成矢量,当num>0时,表示取平行于对角线上的对角线组成矢量,当num<0时,表示取平行于对角线下的对角线组*成矢量,mean(·)表示对矩阵每个列矢量取均值组成行矢量,(·)表示共轭符,[·;·]表示对矩阵按列拼接,然后,利用向量u(i)生成托普利兹矩阵步骤四:将Ti(u)代入到S0‑i相应的位置,得到Si;
步骤五:计算λ=||Si‑S0||F,其中,||·||F为弗罗贝尼乌斯范数,如果λ≤ε,则取出半正定矩阵Si中的Ti(u),进入步骤六,否则将S0=Si,返回步骤二;
步骤六:将Ti(u)进行降维空间平滑‑奇异值分解,将Ti(u)进行降维空间平滑的处理得到Ti‑ss(u),其降维空间平滑处理的具体过程为:首先,计算平滑次数N=M‑(Msub‑1),其中Msub为子阵阵元个数,每个子阵对应的协方差矩阵为sub(Ti(u,i)),i=1,2,...,N,Ti‑ss(u)=sum(sub(Ti(u,i)))/N,其中,sub(Ti(u,i))=Ti(u)(i:i+Msub‑1,i:i+Msub‑1),sum(·)为求和符号;
步骤七:对Ti‑ss(u)进行奇异值分解[U,∑,V]=svd(Ti‑ss(u)),UN=U(:,K+1:M‑1),其中U为左奇异矢量对应的矩阵, 其中步骤八:根据求解的多项式根z转换为信号的波达方向角度估计值,转换公式为θ=‑arcsin(angle(2×z))*180/π,其中,angle(·)表示取复数的在[‑π/2,π/2]中对应的相位角。