[发明专利]一种实数域多通道信号目标方位估计方法

说明书

本发明提供一种实数域多通道信号目标方位估计方法，包括：获得多通道信号的频谱用X(ω)，将负频率对应的X_i(ω),i＝1,2,…,M的幅度置零，结果用Y(ω)表示，计算多通道信号互谱R_Y(ω)＝E[Y(ω)Y^H(ω)]；通过在互谱上进行常规波束形成，计算方位谱P(θ)，P(θ)＝a^H(θ)R_Y(ω)a(θ)；搜索方位谱的最大值，对应θ值即为估计的目标方位。本发明直接在频域进行波束形成计算，通过避免使用Hilbert变换来降低计算成本，解决传统方案在实际应用中的局限性。

技术领域

本发明涉及一种方位估计领域的方法，尤其涉及一种实数域多通道信号目标方位估计方法。

背景技术

方位估计是阵列信号处理的重要组成部分，在雷达和声纳探测领域具有广泛的应用。现有的方位估计算法往往要求输入信号必须是复数的多通道阵列数据，然而现实的传感器阵列输出多为实数，因此进行方位估计前将实数信号转化为复数信号。对实窄带信号来说，最广泛应用的算法是希尔伯特变换法，该算法能将实窄带信号转化为复的解析信号，解析信号在在频域上与原信号的频谱分布相同，只是没有负频率。实际中的物理信号被传感器接收和测量是都是实数，虽然可以用希尔波特变换将接收或测量的实数信号转化为复数信号，但是希尔伯特本身就是卷积的形式，运算量较大，在实际应用中具有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的是为了直接在频域进行波束形成计算，通过避免使用Hilbert变换来降低计算成本，解决传统方案在实际应用中的局限性而提供一种实数域多通道信号目标方位估计方法。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

步骤一：令表示传感器阵列输出的多通道时域信号，其中x_i(t)，i＝1,…M表示传感器阵列第i个阵元输出的信号，M为阵列的阵元数；对x(t)进行N点FFT计算，获得多通道信号的频谱用X(ω)：

其中：FFT[·]表示对中括号内的矩阵每一行进行快速傅里叶变换，X_i(ω)，i＝1,…M为第i阵元输出信号对应的频谱；

步骤二：将负频率对应的X_i(ω),i＝1,2,…,M的幅度置零，结果用Y(ω)表示，即：

步骤三：计算多通道信号互谱：

R_Y(ω)＝E[Y(ω)Y^H(ω)]

其中：R_z(ω)表示M×M维的互谱矩阵，E[·]表示对括号内的矩阵求期望，H代表矩阵共轭转置；

步骤四：通过在互谱上进行常规波束形成，计算方位谱P(θ)：

P(θ)＝a^H(θ)R_Y(ω)a(θ)

其中：为阵列在θ方向的响应向量，k(θ)表示波数矢量，r代表阵列阵元的坐标矢量；

步骤五：搜索方位谱的最大值，对应θ值即为估计的目标方位。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.步骤五还可以是：在[0°，360°)的水平角度内等按照一定的角度间隔计算P(θ)，然后通过插值和峰值搜索来估计目标的方位。