一種消除相位模糊度的時(shí)延估計(jì)方法

1.一種消除相位模糊度的時(shí)延估計(jì)方法，其特征在于：包括以下步驟：
S1.對接收到的兩個(gè)信號做N點(diǎn)DFT，變換到頻域；
S2.計(jì)算包含時(shí)延信息的相位函數(shù)；
S3.對相位函數(shù)進(jìn)行去模糊處理；
所述步驟S3包括以下子步驟：
S301.計(jì)算相位差函數(shù)Δφ12(k)：
Δφ12(k)＝φ12(k+1)?φ12(k)；
其中，φ12(k)表示相位函數(shù)；
將Δφ12(k)表示如下：
因?yàn)閨p(k+1)?p(k)|＜＜2π，而相位模糊時(shí)，|2π[m(k+1)?m(k)]|≥2π，所以p(k)相較于m(k)忽略；p(k)為G(k)引入的相位，G(k)為G1(k)和G2(k)帶來的聯(lián)合影響，G1(k)和G2(k)分別代表g1(n)和g2(n)的N點(diǎn)DFT變換；g1(n)和g2(n)分別為：接收到的兩個(gè)信號中第一個(gè)接收信號和第二個(gè)接收信號的接收機(jī)噪聲；m(k)為任意整數(shù)；τ為時(shí)延；
S302.尋找相位模糊位置：
(1)計(jì)算Δφ12(k)的期望和標(biāo)準(zhǔn)差：
其中，E{·}和σ{·}分別表示期望和標(biāo)準(zhǔn)差；
(2)計(jì)算Δφ12(k)的殘差：
v12(k)＝Δφ12(k)?E{Δφ12(k)}；
(3)相位模糊判決：
利用萊特準(zhǔn)則進(jìn)行相位模糊判決，若某一個(gè)|v12(i)|＞3σ{Δφ12(i)}，則認(rèn)為出現(xiàn)相位模糊，模糊位置為Δφ12(i)；
S303.相位模糊消除：
找到模糊位置Δφ12(i)后，若v12(i)＞0，則令 若v12(i)＜0，則令
其他位置，令
S304.計(jì)算消除相位模糊后的相位函數(shù)：
(1)令
(2)
將新得到的相位函數(shù)表示為：
S4.針對去模糊處理后的相位函數(shù)，對時(shí)延進(jìn)行估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除相位模糊度的時(shí)延估計(jì)方法，其特征在于：所述步驟S1包括以下子步驟：
S101.設(shè)接收信號到的兩個(gè)信號分別為：
其中，s(n)為發(fā)送信號，A1、θ1、D1和g1(n)分別為第一路接收信號的幅度衰減、初始相位、傳播時(shí)延和接收機(jī)噪聲；A2、θ2、D2和g2(n)分別為第二路接收信號的幅度衰減、初始相位、傳播時(shí)延和接收機(jī)噪聲；τ＝D1?D2即為所需估計(jì)的時(shí)延；
對r1(n)和r2(n)做N點(diǎn)DFT，變換到頻域，得到R1(k)和R2(k)：
?j2π/N
其中，wN＝e ；
S102.設(shè)s(n)的N點(diǎn)DFT為S(k)，即：
將R1(k)和R2(k)用S(k)表示為：
其中，G1(k)和G2(k)分別代表g1(n)和g2(n)的N點(diǎn)DFT變換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種消除相位模糊度的時(shí)延估計(jì)方法，其特征在于：所述步驟S2包括以下子步驟：
S201.計(jì)算r1(n)和r2(n)的互頻譜R12(k)：
*
R12(k)＝R1(k)R2(k)；
*
其中，(·) 表示共軛，將R12(k)表示為：
其中，G(k)為G1(k)和G2(k)帶來的聯(lián)合影響；
S202.計(jì)算相位函數(shù)：
φ12(k)＝∠R12(k)；
其中，∠(·)表示取相位；對R12(k)取相位會帶來±π的相位模糊，即相位大于π或者小于?π時(shí)，相位會被強(qiáng)制收縮在[?π,π]這個(gè)區(qū)間內(nèi)，于是，將φ12(k)表示為：
其中，p(k)為G(k)引入的相位，m(k)為任意整數(shù)，其作用是將φ12(k)強(qiáng)制收縮在[?π,π]內(nèi)；當(dāng)m(k+1)≠m(k)時(shí)，說明出現(xiàn)相位模糊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除相位模糊度的時(shí)延估計(jì)方法，其特征在于：所述步驟S4包括：
針對去模糊處理后的相位函數(shù)，利用線性最小二乘對時(shí)延進(jìn)行估計(jì)，得到估計(jì)結(jié)果為：

一種消除相位模糊度的時(shí)延估計(jì)方法\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本發(fā)明涉及時(shí)延估計(jì)技術(shù)，特別涉及一種消除相位模糊度的時(shí)延估計(jì)方法。\n背景技術(shù)\n[0002] 時(shí)間延遲是表征一個(gè)信號的重要參量，準(zhǔn)確、迅速地估計(jì)和測定接收器或接收陣列所接收到的同源信號之間的時(shí)間延遲，可以進(jìn)一步確定其他相關(guān)參量，如信源的距離、方位、速度和移動方向等。因此，時(shí)延估計(jì)成為近年來信號處理領(lǐng)域一個(gè)十分活躍的研究課題，在雷達(dá)、聲納、生物醫(yī)學(xué)、地球物理、通信、石油地震勘探，語言信號增強(qiáng)和水聲學(xué)、地震學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。\n[0003] 根據(jù)目標(biāo)信源和檢測系統(tǒng)的不同，時(shí)延估計(jì)可分為兩大類型：主動時(shí)延估計(jì)和被動時(shí)延估計(jì)。主動時(shí)延估計(jì)是雷達(dá)或聲納發(fā)出電磁波或聲波搜尋目標(biāo)，發(fā)射信號已知。當(dāng)這些信號遇到目標(biāo)后，其中一部分信號反射回雷達(dá)或聲納的接收系統(tǒng)。利用匹配濾波技術(shù)就能夠估計(jì)出時(shí)延參數(shù)，進(jìn)而確定目標(biāo)的距離等信息。被動時(shí)延估計(jì)系統(tǒng)通過接收來自目標(biāo)信號和噪聲的混合信號去搜索目標(biāo)。這種方法不能控制接收信號能量的大小，但是其主要優(yōu)點(diǎn)是隱蔽性強(qiáng)，不易被發(fā)現(xiàn)。只要獲得時(shí)延估計(jì)值，就可以確定目標(biāo)的方位。另外，對三個(gè)接收器兩兩之間時(shí)間延遲的估計(jì)，還可以同時(shí)確定目標(biāo)的方位和距離。\n[0004] 根據(jù)處理域的不同，主要有時(shí)域時(shí)延估計(jì)和頻域時(shí)延估計(jì)。在時(shí)域通常采用互相關(guān)方案，該種方案不能獲得較高精度的時(shí)延估計(jì)值。而在頻域，時(shí)延可以體現(xiàn)在相位上，通過對相位函數(shù)進(jìn)行擬合，能夠得到較高分辨率的時(shí)延估計(jì)值，然而取出相位時(shí)會受到的模糊度影響。\n發(fā)明內(nèi)容\n[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種消除相位模糊度的時(shí)延估計(jì)方法，對包含時(shí)延信息的相位函數(shù)進(jìn)行去模糊處理，解決了傳統(tǒng)時(shí)延估計(jì)方法遭受到相位模糊的問題，并進(jìn)行時(shí)延估計(jì)，利用有限的數(shù)據(jù)量和資源，給出了具有較高分辨率的時(shí)延估計(jì)值。\n[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種消除相位模糊度的時(shí)延估計(jì)方法，包括以下步驟：\n[0007] S1.對接收到的兩個(gè)信號做N點(diǎn)DFT，變換到頻域；\n[0008] S2.計(jì)算包含時(shí)延信息的相位函數(shù)；\n[0009] S3.對相位函數(shù)進(jìn)行去模糊處理；\n[0010] S4.針對去模糊處理后的相位函數(shù)，對時(shí)延進(jìn)行估計(jì)。\n[0011] 優(yōu)選地，所述步驟S1包括以下子步驟：\n[0012] S101.設(shè)接收信號到的兩個(gè)信號分別為：\n[0013]\n[0014] 其中，s(n)為發(fā)送信號，A1、θ1、D1和g1(n)分別為第一路接收信號的幅度衰減、初始相位、傳播時(shí)延和接收機(jī)噪聲；A2、θ2、D2和g2(n)分別為第二路接收信號的幅度衰減、初始相位、傳播時(shí)延和接收機(jī)噪聲；τ＝D1?D2即為所需估計(jì)的時(shí)延；\n[0015] 對r1(n)和r2(n)做N點(diǎn)DFT，變換到頻域，得到R1(k)和R2(k)：\n[0016]\n[0017] 其中，wN＝e?j2π/N；\n[0018] S102.設(shè)s(n)的N點(diǎn)DFT為S(k)，即：\n[0019]\n[0020] 將R1(k)和R2(k)用S(k)表示為：\n[0021]\n[0022] 其中，G1(k)和G2(k)分別代表g1(n)和g2(n)的N點(diǎn)DFT變換。\n[0023] 優(yōu)選地，所述步驟S2包括以下子步驟：\n[0024] S201.計(jì)算r1(n)和r2(n)的互頻譜R12(k)：\n[0025] R12(k)＝R1*(k)R2(k)；\n[0026] 其中，(·)*表示共軛，將R12(k)表示為：\n[0027]\n[0028] 其中，G(k)為G1(k)和G2(k)帶來的聯(lián)合影響；\n[0029] S202.計(jì)算相位函數(shù)：\n[0030] φ12(k)＝∠R12(k)；\n[0031] 其中，∠(·)表示取相位；對R12(k)取相位會帶來±π的相位模糊，即相位大于π或者小于?π時(shí)，相位會被強(qiáng)制收縮在[?π,π]這個(gè)區(qū)間內(nèi)，于是，將φ12(k)表示為：\n[0032]\n[0033] 其中，p(k)為G(k)引入的相位，m(k)為任意整數(shù)，其作用是將φ12(k)強(qiáng)制收縮在[?π,π]內(nèi)；當(dāng)m(k+1)≠m(k)時(shí)，說明出現(xiàn)相位模糊。\n[0034] 優(yōu)選地，所述步驟S3包括以下子步驟：\n[0035] S301.計(jì)算相位差函數(shù)Δφ12(k)：\n[0036] Δφ12(k)＝φ12(k+1)?φ12(k)；\n[0037] 將Δφ12(k)表示如下：\n[0038]\n[0039] 因?yàn)閨p(k+1)?p(k)|<<2π，而相位模糊時(shí)，|2π[m(k+1)?m(k)]|≥2π，所以p(k)相較于m(k)可忽略；\n[0040] S302.尋找相位模糊位置：\n[0041] (1)計(jì)算Δφ12(k)的期望和標(biāo)準(zhǔn)差：\n[0042]\n[0043] 其中，E{·}和σ{·}分別表示期望和標(biāo)準(zhǔn)差；\n[0044] (2)計(jì)算Δφ12(k)的殘差：\n[0045] v12(k)＝Δφ12(k)?E{Δφ12(k)}；\n[0046] (3)相位模糊判決：\n[0047] 利用萊特準(zhǔn)則進(jìn)行相位模糊判決，若某一個(gè)|v12(i)|＞3σ{Δφ12(i)}，則認(rèn)為出現(xiàn)相位模糊，模糊位置為Δφ12(i)；\n[0048] S303.相位模糊消除：\n[0049] 找到模糊位置Δφ12(i)后，若v12(i)＞0，則令 若v12(i)＜0，\n則令 其他位置，令\n[0050] S304.計(jì)算消除相位模糊后的相位函數(shù)：\n[0051] (1)令\n[0052] (2)\n[0053] 將新得到的相位函數(shù)表示為：\n[0054]\n[0055] 優(yōu)選地，所述步驟S4包括：\n[0056] 針對去模糊處理后的相位函數(shù)，利用線性最小二乘對時(shí)延進(jìn)行估計(jì)，得到估計(jì)結(jié)果為：\n[0057]\n[0058] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過對包含時(shí)延信息的相位函數(shù)進(jìn)行去模糊處理，解決了傳統(tǒng)時(shí)延估計(jì)方法遭受到相位模糊的問題，并進(jìn)行時(shí)延估計(jì)，利用有限的數(shù)據(jù)量和資源，給出了具有較高分辨率的時(shí)延估計(jì)值。\n附圖說明\n[0059] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖；\n[0060] 圖2為計(jì)算相位函數(shù)的流程圖；\n[0061] 圖3為利用萊特準(zhǔn)則消除相位模糊的流程圖。\n具體實(shí)施方式\n[0062] 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。\n[0063] 如圖1所示，一種消除相位模糊度的時(shí)延估計(jì)方法，包括以下步驟：\n[0064] S1.對接收到的兩個(gè)信號做N點(diǎn)DFT，變換到頻域；\n[0065] 在本申請的實(shí)施例中，所述步驟S1包括以下子步驟：\n[0066] S101.設(shè)接收信號到的兩個(gè)信號分別為：\n[0067]\n[0068] 其中，s(n)為發(fā)送信號，A1、θ1、D1和g1(n)分別為第一路接收信號的幅度衰減、初始相位、傳播時(shí)延和接收機(jī)噪聲；A2、θ2、D2和g2(n)分別為第二路接收信號的幅度衰減、初始相位、傳播時(shí)延和接收機(jī)噪聲；τ＝D1?D2即為所需估計(jì)的時(shí)延；\n[0069] 對r1(n)和r2(n)做N點(diǎn)DFT，變換到頻域，得到R1(k)和R2(k)：\n[0070]\n[0071] 其中，wN＝e?j2π/N；\n[0072] S102.設(shè)s(n)的N點(diǎn)DFT為S(k)，即：\n[0073]\n[0074] 將R1(k)和R2(k)用S(k)表示為：\n[0075]\n[0076] 其中，G1(k)和G2(k)分別代表g1(n)和g2(n)的N點(diǎn)DFT變換。\n[0077] S2.計(jì)算包含時(shí)延信息的相位函數(shù)；\n[0078] 如圖2所示，在本申請的實(shí)施例中，所述步驟S2包括以下子步驟：\n[0079] S201.計(jì)算r1(n)和r2(n)的互頻譜R12(k)：\n[0080] R12(k)＝R1*(k)R2(k)；\n[0081] 其中，(·)*表示共軛，將R12(k)表示為：\n[0082]\n[0083] 其中，G(k)為G1(k)和G2(k)帶來的聯(lián)合影響；\n[0084] S202.計(jì)算相位函數(shù)：\n[0085] φ12(k)＝∠R12(k)；\n[0086] 其中，∠(·)表示取相位；對R12(k)取相位會帶來±π的相位模糊，即相位大于π或者小于?π時(shí)，相位會被強(qiáng)制收縮在[?π,π]這個(gè)區(qū)間內(nèi)，于是，將φ12(k)表示為：\n[0087]\n[0088] 其中，p(k)為G(k)引入的相位，m(k)為任意整數(shù)，其作用是將φ12(k)強(qiáng)制收縮在[?π,π]內(nèi)；當(dāng)m(k+1)≠m(k)時(shí)，說明出現(xiàn)相位模糊。\n[0089] S3.對相位函數(shù)進(jìn)行去模糊處理；\n[0090] 如圖3所示，在本申請的實(shí)施例中，所述步驟S3包括以下子步驟：\n[0091] S301.計(jì)算相位差函數(shù)Δφ12(k)：\n[0092] Δφ12(k)＝φ12(k+1)?φ12(k)；\n[0093] 將Δφ12(k)表示如下：\n[0094]\n[0095] 因?yàn)閨p(k+1)?p(k)|<<2π，而相位模糊時(shí)，|2π[m(k+1)?m(k)]|≥2π，所以p(k)相較于m(k)可忽略；\n[0096] S302.尋找相位模糊位置：\n[0097] (1)計(jì)算Δφ12(k)的期望和標(biāo)準(zhǔn)差：\n[0098]\n[0099] 其中，E{·}和σ{·}分別表示期望和標(biāo)準(zhǔn)差；\n[0100] (2)計(jì)算Δφ12(k)的殘差：\n[0101] v12(k)＝Δφ12(k)?E{Δφ12(k)}；\n[0102] (3)相位模糊判決：\n[0103] 利用萊特準(zhǔn)則進(jìn)行相位模糊判決，若某一個(gè)|v12(i)|＞3σ{Δφ12(i)}，則認(rèn)為出現(xiàn)相位模糊，模糊位置為Δφ12(i)；\n[0104] S303.相位模糊消除：\n[0105] 找到模糊位置Δφ12(i)后，若v12(i)＞0，則令 若v12(i)＜0，\n則令 其他位置，令\n[0106] S304.計(jì)算消除相位模糊后的相位函數(shù)：\n[0107] (1)令\n[0108] (2)\n[0109] 將新得到的相位函數(shù)表示為：\n[0110]\n[0111] S4.針對去模糊處理后的相位函數(shù)，對時(shí)延進(jìn)行估計(jì)。\n[0112] 在本申請的實(shí)施例中，所述步驟S4包括：針對去模糊處理后的相位函數(shù)，利用線性最小二乘對時(shí)延進(jìn)行估計(jì)，得到估計(jì)結(jié)果為：\n[0113]\n[0114] 綜上，本發(fā)明通過對包含時(shí)延信息的相位函數(shù)進(jìn)行去模糊處理，解決了傳統(tǒng)時(shí)延估計(jì)方法遭受到相位模糊的問題，并進(jìn)行時(shí)延估計(jì)，利用有限的數(shù)據(jù)量和資源，給出了具有較高分辨率的時(shí)延估計(jì)值。\n[0115] 這里已經(jīng)通過具體的實(shí)施例子對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，提供上述實(shí)施例的描述為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員制造或適用本發(fā)明，這些實(shí)施例的各種修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是容易理解的。本發(fā)明并不限于這些例子，或其中的某些方面。本發(fā)明的范圍通過附加的權(quán)利要求進(jìn)行詳細(xì)說明。\n[0116] 上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

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