專利名稱：一種快速的寬帶相干源方位估計方法
技術領域：
本發明涉及的是一種陣列信號處理方法。具體地說是一種目標方位估計方法。
背景技術：
由于多途等因素的影響，相干信號的存在不可避免，因此相干信號方位估計問題一直是科研的熱點。近些年來，寬帶信號因其具有目標回波攜帶信息量大、混響背景相關性弱、有利于目標檢測、參量估計和目標特征提取等特點迅速成為陣列信號處理的一個重要領域，寬帶相干源的各種算法也應運而生。寬帶相干源處理方法的核心在于聚焦矩陣的求取，為了尋求最優聚焦矩陣，旋轉信號子空間(RSS)，信號子空間變換(SST)、雙邊相關變換(TCT)等聚焦算法被陸續提出，但 這些方法都需要方向預估，預估方位的準確性直接影響到方位估計的性能。因此無需方位預估的聚焦方法成為寬帶相干源處理的主流方向。文獻[I]提出了一種基于波場模型的陣列流形內插算法，將陣列流形分為采樣矩陣和波場系數向量的乘積，從而構造一個虛擬的波場內插窄帶生成子空間陣列(WINGS)，新的陣列不僅保留了寬帶信號的譜成分并且獲得了窄帶信號形式的陣列流形，文獻[2]、[3]將這種解相干技術和多重信號分類(MUSIC)算法相結合，并從分辨率、克拉美羅界等方面詳細分析了它的方位估計性能。文獻[4]、[5]將基于波場模型的陣列流形內插算法應用到自適應陣列信號處理中，結合最小方差無畸變波束形成(MVDR)算法，提出了幾種穩健算法，提高了寬帶相干源的方位估計性能。與本發明相關的參考文獻包括[1]M. A. Doronj E. Doron. Wavefield modeling and array processing;PartI-spatial sampling. IEEE. Trans. Signal Process.，1994，42 (10):2549-2559 ；[2]M. A. Doronj E. Doron. Wavefield modeling and array processing;PartΙΙ-algorithms. IEEE. Trans. Signal Process.，1994，42 (10):2560-2570 ；[3]M. A. Doron, E. Doron. Wavefield modeling and array processing;PartΙΙΙ-resolution capacity. IEEE. Trans. Signal Process.，1994，42 (10):2571-2580 ；[4]Miriam A.Doron, Amir Nevetj Robust wavefield interpolation foradaptive widebandbeamforming. Signal Processing ELSEVIER，2008，88:1579-1594 ;[5]Yaakov Bucrisj Israel Cohen, Miriam A. Doron, Robust focusing forwideband MVDRbeamforming. IEEE Sensor Array and Multichannel Signal ProcessingWorkshop, 2010，1-4。
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有更快運算速度的快速的寬帶相干源方位估計方法。本發明的目的是這樣實現的
(I)將接收的寬帶信號數據在觀測時間內分為K個長為Td的子間隔，對每個子間隔數據進行離散傅里葉變換，得到頻域內J個子帶數據；(2)將每個子帶數據對應的陣列流形離散化，按照均勻線列陣下離散化點數(將陣列流形離散化所選取的點數)的選取原則，用離散化后的陣列流形作為采樣矩陣，選擇信號的最低頻率作為聚焦頻率，利用采樣矩陣構造非奇異的聚焦矩陣；(3)計算聚焦后的各子帶數據的協方差矩陣，求其均值，利用MVDR算法進行空間譜估計，得到寬帶相干源的方位信息。本發明基于波場模型理論，考慮到采樣矩陣的求取是為了獨立于波達方向，因此 只要將陣列流形表示為與波達方向無關的形式，即用離散化的陣列流形作為采樣矩陣就可以求得聚焦矩陣，從而實現寬帶相干源的方位估計。避免了貝塞爾函數的計算，降低了運算復雜度，有效縮短了運算時間。本發明相比于傳統陣列流形內插法具有更快運算速度。
圖I為16元均勻線列陣，兩個相干入射信號的中心頻率f0=800Hz，相對帶寬為50%，入射角度分別為0°、6°，采樣頻率Fs=10000，快拍數為800，信噪比為15dB時，分辨概率隨不同離散化點數變化的曲線。圖2為相同條件下，0°方位角的均方誤差隨不同離散化點數變化的曲線。圖3為相同條件下，6°方位角的均方誤差隨不同離散化點數變化的曲線。圖4為16元均勻線列陣，兩個相干入射信號的中心頻率f0=800Hz，相對帶寬為50%，入射角度分別為0°、6°，采樣頻率Fs=10000，快拍數為800，離散化點數/截斷點數為32點時，陣列流形內插方法和本發明方法的分辨概率隨不同信噪比值變化的曲線。圖5為相同條件下，陣列流形內插方法和本發明方法的0°方位角的均方誤差隨不同信噪比值變化的曲線。圖6為相同條件下，陣列流形內插方法和本發明方法的6°方位角的均方誤差隨不同信噪比值變化的曲線。圖7為該發明方法的整體流程框圖。圖8為本發明方法和陣列流形內插方法在不同離散化點數/截斷點數時的時間性能比較表。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述I.設有M個陣元組成的陣列，接收P個位于遠場的寬帶平穩隨機信號，當存在加性噪聲時，第m個陣元接收到的信號可以表示為(O = ΣsP I}- τη, [θρ)] + nm (O(I)
F=I其中m = I, 2. . . , Μ, p = I, 2. . . , P, sp(t)表示第p個信號源，nm(t)表示第m個陣元上的加性噪聲，θρ表示第P個信號的方位角，τπ(θρ)表示第m個陣元接收的第P個信號(相對于參考點)的傳播延遲。在均勻線列陣中Tm(0p) = (m-l)d · sin( Θ p)/c，d為陣元間距，c為聲速。
將時域數據分為K個時間子段，對每個子段進行離散傅里葉變換，得到的頻域數據可表示為Xk(ω j)=A(ω j,θ)Sk(ωj)+Nk(ω j)(2)式中Xk ( ω j) = [Xlk ( ω j)，X2k ( ω j)，· · ·，Χmk· ( ω j) ]τ,A ( ω j, 0 ) = [a ( ωj，0 1), a ( ω j, 0 2)，· · ·，a ( ω j ，0ρ)]，Sk (ω j)=[ISlk ( ω j), S2k ( ω j)，···，Spk (ωj.)]T,N(ω j) = [Nlk(ωj), N2k(ω j),..., NMk(ω j)]T,
權利要求
1.一種快速的寬帶相干源方位估計方法，其特征是(1)將接收的寬帶信號數據在觀測時間內分為K個長為Td的子間隔，對每個子間隔數據進行離散傅里葉變換，得到頻域內J個子帶數據；(2)將每個子帶數據對應的陣列流形離散化，按照均勻線列陣下離散化點數的選取原則，用離散化后的陣列流形作為采樣矩陣，選擇信號的最低頻率作為聚焦頻率，利用采樣矩陣構造非奇異的聚焦矩陣；(3)計算聚焦后的各子帶數據的協方差矩陣，求其均值，利用MVDR算法進行空間譜估計，得到寬帶相干源的方位信息。
全文摘要
本發明提供的是一種快速的寬帶相干源方位估計方法。(1)將接收的寬帶信號數據在觀測時間內分為K個長為Td的子間隔，對每個子間隔數據進行離散傅里葉變換，得到頻域內J個子帶數據；(2)將每個子帶數據對應的陣列流形離散化，按照均勻線列陣下離散化點數的選取原則，用離散化后的陣列流形作為采樣矩陣，選擇信號的最低頻率作為聚焦頻率，利用采樣矩陣構造非奇異的聚焦矩陣；(3)計算聚焦后的各子帶數據的協方差矩陣，求其均值，利用MVDR算法進行空間譜估計，得到寬帶相干源的方位信息。本發明方法可以有效的降低運算量，從而縮短運算時間。
文檔編號H04L1/06GK102932034SQ20121042612
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月31日 優先權日2012年10月31日
發明者卞紅雨, 王珺琳, 沈鄭燕, 張志剛 申請人:哈爾濱工程大學