1.一种基于协方差拟合的相干气体泄漏源离格DOA估计方法，其特征在于，所述估计方法包括以下步骤：步骤1，构建得到气体泄漏实验平台，该气体泄漏实验平台用于产生并接收不同状态下的气体泄漏源信号；

步骤2，以11阵元的均匀线阵接收气体泄漏源信号，根据阵列输出信号矩阵X(t)，计算协方差矩阵最大似然估计 其中 是泄漏源协方差矩阵的估计值，H

(·) 为共轭转置运算，J代表快拍数；

步骤3，利用协方差拟合目标函数得到协方差矩阵的近似等效，恢复信号协方差矩阵DH(θ,λ)的秩同时保留噪声矩阵；其中D(θ,λ)＝A(θ)RS(t)(λ)A(θ)，A(θ)为阵列流型矩阵，RS(t)为信源S的自相关矩阵；

步骤4，建立无噪部分的约束模型： 其中K是远场窄带信号的个数，SK(t)是泄漏源信号矩阵，A(θK)是约束模型中阵列流型矩阵表达T式，(·) 代表转置运算；

步骤5，对阵列接收信号估计值 进行SVD分解： 得到相干信源下的离*

格半正定模型，其中，Z为泄漏源SVD分解向量；U是 中相互正交的左奇异向量；V是奇异值对角矩阵的伴随矩阵；

步骤6，求解半正定模型得到泄漏源的DOA；

步骤2中，计算协方差矩阵最大似然估计 的过程包括以下子步骤：假设K个远场窄带泄漏源信号以角度θ入射到M个传感器组成的均匀线阵上，其中入射角度θ＝[θ1,θ2,…,θK]；相干泄漏源信号波长为λ，阵元间距为d＝λ/2并且满足M>K的关系；

在快拍数J充足的情况下， 时刻阵元所接收到数据的矢量形式归纳为：K(t)＝A(θ)S(t)+N (1)式中： 为阵列接收信号矩阵；A(θ)为阵列流型矩阵；S(t)＝[S(1),SK×J

(2),…,S(J)]∈C 为信号矩阵；N为高斯白噪声；

根据阵列接收信号矩阵，当满足信号与噪声之间均为相互独立的关系时，得到阵列输出的协方差矩阵：

1 H

RX(t)＝E[X(t)X(t)]＝ARS(t)A+RN   (2)H

式中：E[·]表示求数学期望；(·) 为共轭转置运算；RS(t)为信源S的自相关矩阵；RN为高斯白噪声的自相关矩阵；

利用阵列协方差矩阵的最大似然估计作为近似：为阵列输出协方差矩阵的估计值；对于两个平稳信号si(t)和sk(t)，利用它们的相关系数ρ作为判定相关的依据：|ρ|≤1，当ρ＝0时定义两个信号为独立信号，0<|ρ|<1时为相关信号，|ρ|＝1时为相干信号；当所有信号都独立时，信源S的自相关矩阵RS(t)为入射信号功率{p1,…,pK}所组成的对角矩阵；而当入射信源为相干信源时，其自相关矩阵的秩会退化，不再满足对角矩阵条件，无法对其进行稀疏表示；

步骤3中，利用协方差拟合目标函数得到协方差矩阵的近似等效，恢复信号协方差矩阵D(θ,λ)的秩同时保留噪声矩阵的过程包括以下子步骤：假设快拍数满足J＞＞M，基于协方差拟合的目标函数表示为：式中： 是阵列协方差矩阵的估计值；||·||F代表Frobenius范数；tr(·)代表求迹运算；当泄漏源信号与噪声互不相关时，构造1×K维的泄漏源信号功率矢量{λ1,λ2,…,λK}，

1×M维的噪声功率矢量{δ1,δ2,…,δM}及未知入射角θ对协方差矩阵修正：RX(t)(θ,λ,δ)＝D(θ,λ)+RN(δ)   (6)H

式中：D(θ,λ)＝A(θ)RS(t)(λ)A (θ)为泄漏源协方差矩阵；RN(δ)为噪声功率矢量δ所组成的对角矩阵；

依照协方差拟合准则：

式中： 为(θ,λ,δ)的估计值，在协方差拟合目标函数最小时取其近似；

将式(6)式(7)带入式(5)，得到三个未知参数的近似等效：s.t.D(θ,λ)≥0

将式(8)转化为半正定规划问题得到：

式中：>代表半正定矩阵；矩阵D是关于(θ,λ)的未知矩阵，分解得到：利用凸优化工具包对式(10)求解得到泄漏源协方差矩阵的估计值

2.根据权利要求1所述的基于协方差拟合的相干气体泄漏源离格DOA估计方法，其特征在于，步骤1中，所述气体泄漏实验平台包括固定的气体氮气瓶、气体管道开闭泄压阀、可移动气瓶、宽频带麦克风和MyDAQ采集卡；

固定的气体氮气瓶用于模拟气瓶泄漏源；气体管道开闭泄压阀控制气体泄漏的开闭以及泄漏程度；压力、孔径与位置均可调节的可移动气瓶作为可移动声源，用于模拟不同状态下的气体泄漏源信号；宽频带麦克风用于接收气体泄漏源信号；MyDAQ采集卡与宽频带麦克风连接，用于接收宽频带麦克风发送的模拟信号并转化为数字信号储存在计算机中。

3.根据权利要求1所述的基于协方差拟合的相干气体泄漏源离格DOA估计方法，其特征在于，步骤4中，对于无噪部分,约束模型变换为标量形式：式中：泄漏源波达方向角满足 利用原子范数||RX(t)||A代表模型(11)中全域最优解；

*

假设e为M×M维单位矩阵的第一列，定义Γ(θ)＝A(λ)A (λ)，φ为满足 时Γ(θ)的闭式解集，||RX(t)||A满足以下模型：*

若继续分解R＝∑KA(θ)aKεK 且满足 ||RX(t)||A＝∑KaK，模型(12)与模型(11)等价，Y、Q为模型(12)的解，表示为：式中：εK，aK均为分解量，Q中包含了角度θ的信息；

考虑阵列孔径函数η，ηq表示第一类q阶贝塞尔函数，Γ(θ)定义为：当Q∈φ时，近似得到：

式中：σ(θ)表示在 上的正测度；结合式(14)进一步得到：*

式中： N表示对于 都满足条件|q|≤N的最小正整数，ξ＝[ξ0,…,T

ξN]代表块矩阵Q的列向量。

4.根据权利要求3所述的基于协方差拟合的相干气体泄漏源离格DOA估计方法，其特征在于，步骤5中，相干信源下的离格半正定模型表示为：

5.根据权利要求1所述的基于协方差拟合的相干气体泄漏源离格DOA估计方法，其特征在于，步骤6中，以SDTP3工具包求解得到泄漏源的DOA。