[发明专利]一种时空联合的阵列处理方法及装置

说明书

本发明涉及阵列信号处理领域的参数测量技术。针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种时空联合的阵列处理方法及装置。本发明利用时空域联合优化处理，对阵列接收信号的时间维和空间维的参数特征同时做近似最大似然拟合，进而高精度地估计入射信号的幅度、相位和波达方向。本发明根据时空域联合FIR滤波器系数h，对入射方向，频率为的入射信号获取信号的原始复幅度；继而得到该入射信号对应的二维功率谱；搜索所有入射方向，频率为，获得目标关于入射方向和频率的二维功率谱，进行入射信号的复幅相、频率和波达方向估计。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理领域的参数测量技术，尤其是一种时空联合的阵列处理方法及装置。

背景技术

阵列接收信号实际包含了两个维度的信息。从时间上看，每个阵元通道在不同时刻接收的信号幅度和相位反应了信号的时域特征。从空间上看，不同阵元通道在同一时刻的信号幅度和相位关系反应了入射信号的空域特征。

现有的阵列处理方法利用各通道独立接收的信号获取本通道的幅度和相位信息，然后再利用通道间的幅度和相位关系完成阵列空域处理。这是一种先时后空的处理方法。图1给出了现有典型的频域累积阵列处理方法。该方法先对各通道接收的时间信号分别作(加窗)短时傅里叶变换实现频域累积和信号检测，然后利用不同通道信号同一个时间窗内的频谱获取阵列通道间幅度和相位关系，最后再通过后续的空域阵列处理完成入射信号的波达方向估计。

不难发现，类似于图1中的传统先时后空的阵列处理法存在如下问题：

1)信号的累积检测是通过对接收时域信号经(加窗)短时傅里叶变换实现的。在信号窗长度较短(信号采样点数较少)和低信噪比的条件下，快速傅里叶变换方法的频谱分辨率差和频谱泄露等固有问题会限制对接收信号的幅度和相位等参数的估计精度。

2)后续空域处理利用估计的信号幅度和相位测量入射信号的波达方向参数。由于幅度和相位的估计存在误差，并且空域波达方向估计算法有可能将误差进一步放大，导致波达方向估计的性能难以保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有先时后空的阵列处理方法中，时域处理获取存在误差的信号幅相，导致后续空域处理波达方向估计性能下降的问题，提供一种时空联合的阵列处理方法及装置。本发明属于阵列信号处理领域的参数测量技术，利用时空域联合优化处理，对阵列接收信号的时间维和空间维的参数特征同时做近似最大似然拟合，进而高精度地估计入射信号的幅度、相位和波达方向的方法或装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种时空联合的阵列处理方法包括：

对于任意结构的M阵元阵列，接收的数据可以排列成矩阵，建立阵列时空信号模型Y(l)；

对阵列时空信号模型Y(l)的每一列进行滤波完成时域优化拟合，同时对阵列时空信号模型Y(l)的每一行进行滤波完成空域优化拟合，得到时空域联合FIR滤波器系数h；

根据时空域联合FIR滤波器系数h，对入射方向θ_k，频率为ω_k的入射信号进行滤波，获取信号的原始复幅度；继而得到该入射信号关于入射方向和频率的二维功率谱；

搜索所有入射方向θ_k，频率ω_k，获得目标关于入射方向和频率的二维功率谱；已知目标个数为x，则功率谱最高的前x个谱峰，即认为是目标对应的谱峰，谱峰位置对应的频率和入射角度就是目标入射信号的频率和波达方向估计，谱峰位置对应的α_k就是入射信号的复幅相估计。

进一步的，所述建立阵列时空信号模型Y(l)具体过程是：

对于任意结构的M阵元阵列，定义第m个阵元接收的复信号时间序列为其中l为采样时刻，C表示复数集合。则可将每个阵元采样的数据排成L阶矢量：