一种感应器列阵来波方向的估计方法技术

技术编号:20912841 阅读:23 留言:0更新日期:2019-04-20 09:00
本发明专利技术涉及一种感应器列阵来波方向的估计方法,本发明专利技术提供的估计方法中,DOA估计是直接对DOA的增量进行迭代计算从而渐进收敛到目标DOA值附近,在得到每一次DOA估计时运算量大幅降低,其原因是其得到在计算过程中,无需对所有可能的方向进行逐一扫描计算得到空间谱后,再判断其最大值对应的方向,因此在达到相同估计精度的前提下,本发明专利技术提供的估计方法相比逐一扫描的技术从计算量上降低了2‑3个数量级,运算量减少的同时,可实现实时定位;本发明专利技术提供的估计方法采用逼近算法,列阵的拓扑结构规则与否不影响本发明专利技术提供的估计方法的计算,所以,本发明专利技术提供的估计方法可以用于各种规则及不规则列阵的来波方向估计,提高了实用性。

A method for estimating the direction of arrival of an inductor array

The present invention relates to an estimation method of the direction of arrival of an inductor array. In the estimation method provided by the present invention, DOA estimation is a direct iteration calculation of the increment of DOA so as to gradually converge to the vicinity of the target DOA value. The calculation amount is greatly reduced when each DOA estimation is obtained, because it is obtained without scanning all possible directions one by one in the calculation process. After the spatial spectrum is reached, the direction corresponding to the maximum value is judged. Therefore, on the premise of achieving the same estimation accuracy, the estimation method provided by the present invention reduces the computational amount by 2 to 3 orders of magnitude compared with the one-by-one scanning technology, and realizes real-time positioning while reducing the computational amount. The estimation method provided by the present invention adopts an approximation algorithm, and the topological structure rules of the array are not affected. Since the calculation of the estimation method provided by the present invention is sound, the estimation method provided by the present invention can be used to estimate the direction of arrival of various regular and irregular arrays, thus improving practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种感应器列阵来波方向的估计方法
本专利技术属于列阵信号处理
,具体涉及一种感应器列阵来波方向的估计方法。
技术介绍
在语音学、地震学、声纳和雷达系统领域中,DOA(DirectionofArrival,DOA)估计技术扮演着十分重要的角色。然而,DOA估计技术中,估计感应器列阵阵元中的每一帧方向是估计感应器来波方向的基础,所以,准确的确定感应器列阵阵元中每一帧的方向对估计感应器来波方向起到重要的作用。在DOA技术中目前普遍应用最广的是MVDR(Minimumvariancedistortionlessresponse)空间普估计算法,该算法运算规律性强,算法鲁棒性优异,可以使用各种信号条件下的来波方向估计,但是其缺点也很明显,由于需要通过二维搜索确定来波方向,因此运算量巨大,很难集成进低功耗设备中进行实时运算,限制了该算法的进一步应用。现有超分辨率估计算法中,多重信号分类法MUSIC(MultipleSignalClassification,MUSIC)根据信号特征空间和噪声特征空间正交的特性,搜索所有可能的方向候选值来确定最适合的值作为DOA估计,MUSIC算法普遍适合任意列阵,但往往需要进行多维的空间搜索,之后再与基础数据进行比对,运算量相当大,实时定位困难。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题,本专利技术提供了一种感应器列阵来波方向的估计方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现:本专利技术实施例提供了一种感应器列阵来波方向的估计方法,包括步骤:S1.获取待测N列阵阵元,N为正整数;S2.对所述待测N列阵阵元中的每一列阵阵元接收到的信号数据进行分帧,所述每一列阵阵元均得到M帧时域数据,M为正整数;S3.对各所述每一列阵阵元的M帧时域数据进行转换,得到每一帧时域数据对应的频域数据,并设定初始方向估计值;S4.将各列阵阵元中的第一帧均作为当前帧,获取各所述当前帧的频域数据中第一频点的数据,将所述第一频点作为当前频点;S5.根据所述当前频点,计算得到所述当前频点数据的频域快拍信号;S6.通过所述频域快拍信号,计算得到所述当前频点的协方差矩阵的逆矩阵;将所述初始方向估计值作为当前方向估计值;S7.根据预设方法计算,得到所述当前频点相对于所述当前方向估计值的调整量;S8.将各所述当前帧所有频点的目标频点中除所述第一频点外的所有频点均作为当前频点,重复步骤S5-S7,计算所述当前帧中的目标频点的方向估计值调整量,并将各所述调整量求和,得到调整量累计值;S9.判断所述调整量累计值的绝对值是否大于给定的门限阈值的大小;如果大于,根据预设方法更新所述当前方向估计值,直至满足预设条件,停止更新,将当前方向估计值确定为来波方向估计值,所述来波方向估计值的方向矢量方位角与仰角确定为当前帧的信号来波方向;如果不大于,将所述当前方向估计值的方向矢量方位角与仰角确定为当前帧的信号来波方向;S10.将各列阵阵元中的每一帧均作为当前帧,重复步骤S4-S9,确定各个列阵中每一帧的来波方向。在一个具体实施方式中,所述目标频点为所述当前帧的所有频点或所述当前帧的部分频点。在一个具体实施方式中,所述待测N列阵阵元为任意几何形状的列阵阵元,其阵元位置表达式为:P={Pi};Pi=[xi,yi,zi]式中,P为阵元位置,i为阵元序号,i=1-N,Pi为阵元位置坐标。在一个具体实施方式中,通过快速傅氏变换运算对各所述M帧时域数据进行转换,得到每一帧时域数据对应的频域数据。在一个具体实施方式中,所述当前频点的数据的频域快拍信号的表达式为:[X(wl,1),X(wl,2),…,X(wl,N)]式中,X(wl,1)为当前帧第一列阵阵元的当前帧的当前频点的频域数据,X(wl,2)为当前帧第二列阵阵元的当前帧的当前频点的频域数据。X(wl,N)为当前帧第N列阵阵元的当前帧的当前频点的频域数据,wl为当前帧的当前频点。在一个具体实施方式中,所述初始方向估计值的表达式为:[θ(0),φ(0)]=[θinit,φinit]式中,θ为来波方向矢量方位角,Ф为来波仰角。在一个具体实施方式中,所述步骤S6中,所述预设方法为:其中,HA(pij,θ,φ)=(-xijsinθcosφ+yijcosθcosφ)HE(pij,θ,φ)=(-xijcosθsinφ+yijsinθsinφ+zijcosφ)H(φij,pij,wl)=sin(φij+wlτij)式中pi=[xi,yi,zi]为阵元i在直角坐标系中的位置坐标;Pij=[xij,yij,zij]为阵元i到阵元j的相对位置坐标,xij=xi-xj;yij=yi-yj;zij=zi-zj;Aij,Фij分别为信号协方差矩阵的逆矩阵元素的幅值和相角,τi,j=τi,0-τj,0为列阵阵元i和列阵阵元j之间的相对延时,由列阵阵元的位置坐标及信号来波方向确定,c为信号传播速度。在一个具体实施方式中,累计所述目标频点分别对应的所述调整量,得到调整量累计值的计算公式为:Δθ=∑lΔθwlΔφ=∑lΔφwl式中,wl为当前帧的当前频点,Δθ为来波方向矢量方位角调整量累计值,ΔΦ为仰角调整量累计值。在一个具体实施方式中,根据预设方法更新所述初始方向估计值中的所述预设方法为:θ(n+1)=θ(n)+uΔθφ(n+1)=φ(n)+uΔφ式中,u为正实数或正变量。在一个具体实施方式中,所述预设条件为:判断更新初始方向估计值的次数是否超过预设次数;如果不超过预设次数,将更新后的方向估计值作为当前方向估计值,将调整量累计值清零后,重复步骤S7-步骤S8,得到更新后的当前方向估计值对应的调整量累计值;判断更新后的方向调整量累计值是否不大于所述门限阈值;若不大于所述门限阈值,则停止更新;若大于所述门限阈值,则继续上述更新步骤;如果超过预设次数,停止更新。与现有技术相比,本专利技术的有益效果:本技术和已有技术相比,本专利技术涉及一种感应器列阵来波方向的估计方法,本专利技术提供的估计方法中,DOA估计是直接对DOA的增量进行迭代计算从而渐进收敛到目标DOA值附近,在得到每一次DOA估计时运算量大幅降低,其原因是其得到在计算过程中,无需对所有可能的方向进行逐一扫描计算得到空间谱后,再判断其最大值对应的方向,因此在达到相同估计精度的前提下,本专利技术提供的估计方法相比逐一扫描的技术从计算量上降低了2-3个数量级,运算量减少的同时,可实现实时定位;本专利技术提供的估计方法采用逼近算法,列阵的拓扑结构规则与否不影响本专利技术提供的估计方法的计算,所以,本专利技术提供的估计方法可以用于各种规则及不规则列阵的来波方向估计,提高了实用性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种感应器列阵来波方向的估计方法流程图;图2为本专利技术实施例提供的另一种感应器列阵来波方向的估计方法流程图;图3为本专利技术实施例提供的预设条件流程图。具体实施方式本申请所涉及的术语解释:DOA:估计技术(DirectionofArrival,DOA)MUSIC:多重信号分类法(MultipleSignalClassification,MUSIC)FFT:快速傅氏变换(FastFourierTransformation,FFT),是离散傅氏变换的快速算法,它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性,对离散傅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感应器列阵来波方向的估计方法,其特征在于,包括步骤:S1.获取待测N列阵阵元,N为正整数;S2.对所述待测N列阵阵元中的每一列阵阵元接收到的信号数据进行分帧,所述每一列阵阵元均得到M帧时域数据,M为正整数;S3.对各所述每一列阵阵元的M帧时域数据进行转换,得到每一帧时域数据对应的频域数据,并设定初始方向估计值;S4.将各列阵阵元中的第一帧均作为当前帧,获取各所述当前帧的频域数据中第一频点的数据,将所述第一频点作为当前频点;S5.根据所述当前频点,计算得到所述当前频点数据的频域快拍信号;S6.通过所述频域快拍信号,计算得到所述当前频点的协方差矩阵的逆矩阵;将所述初始方向估计值作为当前方向估计值;S7.根据预设方法计算,得到所述当前频点相对于所述当前方向估计值的调整量;S8.将各所述当前帧所有频点的目标频点中除所述第一频点外的所有频点均作为当前频点,重复步骤S5‑S7,计算所述当前帧中的目标频点的方向估计值调整量,并将各所述调整量求和,得到调整量累计值;S9.判断所述调整量累计值的绝对值是否大于给定的门限阈值的大小;如果大于,根据预设方法更新所述当前方向估计值,直至满足预设条件,停止更新,将当前方向估计值确定为来波方向估计值,所述来波方向估计值的方向矢量方位角与仰角确定为当前帧的信号来波方向;如果不大于,将所述当前方向估计值的方向矢量方位角与仰角确定为当前帧的信号来波方向;S10.将各列阵阵元中的每一帧均作为当前帧,重复步骤S4‑S9,确定各个列阵中每一帧的来波方向。...

【技术特征摘要】
1.一种感应器列阵来波方向的估计方法,其特征在于,包括步骤:S1.获取待测N列阵阵元,N为正整数;S2.对所述待测N列阵阵元中的每一列阵阵元接收到的信号数据进行分帧,所述每一列阵阵元均得到M帧时域数据,M为正整数;S3.对各所述每一列阵阵元的M帧时域数据进行转换,得到每一帧时域数据对应的频域数据,并设定初始方向估计值;S4.将各列阵阵元中的第一帧均作为当前帧,获取各所述当前帧的频域数据中第一频点的数据,将所述第一频点作为当前频点;S5.根据所述当前频点,计算得到所述当前频点数据的频域快拍信号;S6.通过所述频域快拍信号,计算得到所述当前频点的协方差矩阵的逆矩阵;将所述初始方向估计值作为当前方向估计值;S7.根据预设方法计算,得到所述当前频点相对于所述当前方向估计值的调整量;S8.将各所述当前帧所有频点的目标频点中除所述第一频点外的所有频点均作为当前频点,重复步骤S5-S7,计算所述当前帧中的目标频点的方向估计值调整量,并将各所述调整量求和,得到调整量累计值;S9.判断所述调整量累计值的绝对值是否大于给定的门限阈值的大小;如果大于,根据预设方法更新所述当前方向估计值,直至满足预设条件,停止更新,将当前方向估计值确定为来波方向估计值,所述来波方向估计值的方向矢量方位角与仰角确定为当前帧的信号来波方向;如果不大于,将所述当前方向估计值的方向矢量方位角与仰角确定为当前帧的信号来波方向;S10.将各列阵阵元中的每一帧均作为当前帧,重复步骤S4-S9,确定各个列阵中每一帧的来波方向。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述目标频点为所述当前帧的所有频点或所述当前帧的部分频点。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述待测N列阵阵元为任意几何形状的列阵阵元,其阵元位置表达式为:P={Pi};Pi=[xi,yi,zi]式中,P为阵元位置,i为阵元序号,i=1-N,Pi为阵元位置坐标。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过快速傅氏变换运算对各所述M帧时域数据进行转换,得到每一帧时域数据对应的频域数据。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述当前频点的数据的频域快拍信号的表达式为:[X(wl,1),X(wl,2),…,X(wl,N)]式中,X(wl...

【专利技术属性】
技术研发人员:张力崔强
申请(专利权)人:西安云脉智能技术有限公司
类型:发明
国别省市:陕西,61

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1