一种快速的宽带相干源方位估计方法技术

本发明专利技术提供的是一种快速的宽带相干源方位估计方法。(1)将接收的宽带信号数据在观测时间内分为K个长为Td的子间隔，对每个子间隔数据进行离散傅里叶变换，得到频域内J个子带数据；(2)将每个子带数据对应的阵列流形离散化，按照均匀线列阵下离散化点数的选取原则，用离散化后的阵列流形作为采样矩阵，选择信号的最低频率作为聚焦频率，利用采样矩阵构造非奇异的聚焦矩阵；(3)计算聚焦后的各子带数据的协方差矩阵，求其均值，利用MVDR算法进行空间谱估计，得到宽带相干源的方位信息。本发明专利技术方法可以有效的降低运算量，从而缩短运算时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种阵列信号处理方法。具体地说是一种目标方位估计方法。
技术介绍
由于多途等因素的影响，相干信号的存在不可避免，因此相干信号方位估计问题一直是科研的热点。近些年来，宽带信号因其具有目标回波携带信息量大、混响背景相关性弱、有利于目标检测、参量估计和目标特征提取等特点迅速成为阵列信号处理的一个重要领域，宽带相干源的各种算法也应运而生。宽带相干源处理方法的核心在于聚焦矩阵的求取，为了寻求最优聚焦矩阵，旋转信号子空间(RSS)，信号子空间变换(SST)、双边相关变换(TCT)等聚焦算法被陆续提出，但 这些方法都需要方向预估，预估方位的准确性直接影响到方位估计的性能。因此无需方位预估的聚焦方法成为宽带相干源处理的主流方向。文献[I]提出了一种基于波场模型的阵列流形内插算法，将阵列流形分为采样矩阵和波场系数向量的乘积，从而构造一个虚拟的波场内插窄带生成子空间阵列(WINGS)，新的阵列不仅保留了宽带信号的谱成分并且获得了窄带信号形式的阵列流形，文献[2]、[3]将这种解相干技术和多重信号分类(MUSIC)算法相结合，并从分辨率、克拉美罗界等方面详细分析了它的方位估计性能。文献[4]、[5]将基于波场模型的阵列流形内插算法应用到自适应阵列信号处理中，结合最小方差无畸变波束形成(MVDR)算法，提出了几种稳健算法，提高了宽带相干源的方位估计性能。与本专利技术相关的参考文献包括[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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有更快运算速度的快速的宽带相干源方位估计方法。本专利技术的目的是这样实现的(I)将接收的宽带信号数据在观测时间内分为K个长为Td的子间隔，对每个子间隔数据进行离散傅里叶变换，得到频域内J个子带数据；(2)将每个子带数据对应的阵列流形离散化，按照均匀线列阵下离散化点数(将阵列流形离散化所选取的点数)的选取原则，用离散化后的阵列流形作为采样矩阵，选择信号的最低频率作为聚焦频率，利用采样矩阵构造非奇异的聚焦矩阵；(3)计算聚焦后的各子带数据的协方差矩阵，求其均值，利用MVDR算法进行空间谱估计，得到宽带相干源的方位信息。本专利技术基于波场模型理论，考虑到采样矩阵的求取是为了独立于波达方向，因此 只要将阵列流形表示为与波达方向无关的形式，即用离散化的阵列流形作为采样矩阵就可以求得聚焦矩阵，从而实现宽带相干源的方位估计。避免了贝塞尔函数的计算，降低了运算复杂度，有效缩短了运算时间。本专利技术相比于传统阵列流形内插法具有更快运算速度。附图说明图I为16元均匀线列阵，两个相干入射信号的中心频率f0=800Hz，相对带宽为50%，入射角度分别为0°、6°，采样频率Fs=10000，快拍数为800，信噪比为15dB时，分辨概率随不同离散化点数变化的曲线。图2为相同条件下，0°方位角的均方误差随不同离散化点数变化的曲线。图3为相同条件下，6°方位角的均方误差随不同离散化点数变化的曲线。图4为16元均匀线列阵，两个相干入射信号的中心频率f0=800Hz，相对带宽为50%，入射角度分别为0°、6°，采样频率Fs=10000，快拍数为800，离散化点数/截断点数为32点时，阵列流形内插方法和本专利技术方法的分辨概率随不同信噪比值变化的曲线。图5为相同条件下，阵列流形内插方法和本专利技术方法的0°方位角的均方误差随不同信噪比值变化的曲线。图6为相同条件下，阵列流形内插方法和本专利技术方法的6°方位角的均方误差随不同信噪比值变化的曲线。图7为该专利技术方法的整体流程框图。图8为本专利技术方法和阵列流形内插方法在不同离散化点数/截断点数时的时间性能比较表。具体实施例方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述I.设有M个阵元组成的阵列，接收P个位于远场的宽带平稳随机信号，当存在加性噪声时，第m个阵元接收到的信号可以表示为(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个信号源，nm(t)表示第m个阵元上的加性噪声，θρ表示第P个信号的方位角，τπ(θρ)表示第m个阵元接收的第P个信号(相对于参考点)的传播延迟。在均匀线列阵中Tm(0p) = (m-l)d · sin( Θ p)/c，d为阵元间距，c为声速。将时域数据分为K个时间子段，对每个子段进行离散傅里叶变换，得到的频域数据可表示为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,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速的宽带相干源方位估计方法，其特征是：(1)将接收的宽带信号数据在观测时间内分为K个长为Td的子间隔，对每个子间隔数据进行离散傅里叶变换，得到频域内J个子带数据；(2)将每个子带数据对应的阵列流形离散化，按照均匀线列阵下离散化点数的选取原则，用离散化后的阵列流形作为采样矩阵，选择信号的最低频率作为聚焦频率，利用采样矩阵构造非奇异的聚焦矩阵；(3)计算聚焦后的各子带数据的协方差矩阵，求其均值，利用MVDR算法进行空间谱估计，得到宽带相干源的方位信息。

【技术特征摘要】
1.一种快速的宽带相干源方位估计方法，其特征是(1)将接收的宽带信号数据在观测时间内分为K个长为Td的子间隔，对每个子间隔数据进行离散傅里叶变换，得到频域内J个子带数据；(2)将每个子带数据对应的阵列流形离散化，按照均匀线列阵下离...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞红雨，王珺琳，沈郑燕，张志刚，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：