响应误差包络加权最小二乘空域矩阵滤波设计方法技术

本发明专利技术属于阵列信号处理技术领域，涉及到传感器阵列的数据处理，特别涉及到利用响应误差包络加权的最小二乘空域矩阵滤波器设计方法。其特征是通过对最小二乘空域矩阵滤波器权值参数迭代的方式，获得恒定的通带响应误差和恒定的阻带响应。并可通过设置通带响应误差和阻带响应的比例系数，调节通带和阻带的响应效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于阵列信号处理
，涉及到传感器阵列的数据处理，特别涉及到利用极值点包络加权的最小二乘空域矩阵滤波器设计方法。
技术介绍
本专利受国家自然科学基金项目“空域矩阵滤波技术及其在水声信号处理中的应用研究”资助，项目编号No.11374001。空域矩阵滤波技术是通过对接收的阵列数据预处理，实现保留通带信号，抑制强干扰的目的。该技术已在阵列信号处理领域，尤其是水声信号处理领域有广泛的应用。空域矩阵滤波器可用于目标方位估计的阵列数据预处理，也可用于匹配场定位的阵列数据预处理。空域矩阵滤波技术的核心是滤波器设计。在空域矩阵滤波器设计方法中，最小二乘、零点约束和通带零响应误差约束方法都可以直接给出最优空域矩阵滤波器的解。而阻带响应、通带响应误差总体约束、双边阻带总体响应约束空域矩阵滤波器可直接给出最优空域矩阵滤波器，但其中包含1到2个未知数，需要求解非线性方程。恒定阻带响应约束空域矩阵滤波器、恒定通带响应误差空域矩阵滤波器可以获得平的通带误差或阻带响应，但该方式不能直接获得最优解，需要借助复杂的最优化理论和算法求解，计算复杂，不利于实时空域矩阵滤波器设计。如何采用简化的方式获得恒定阻带响应和通带响应误差的滤波器对实时阵列数据处理至关重要。利用最小二乘空域矩阵滤波器响应加权的方式，可直接给出滤波器的最优解，同时对响应加权系数迭代，就可以获得恒定阻带响应或恒定通带响应误差，但现有的迭代方法采用的加权方法迭代性能低，收敛速度慢。本专利技术采用响应加权的方式设计空域矩阵滤波器，这种空域矩阵滤波器设计方法可以通过逐次迭代的方式，获得恒定通带响应误差以及恒定阻带响应滤波效果。加权系数采用通带响应误差和阻带响应的包络形式，设计效率高。\\
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是通过迭代方法产生通带响应误差恒定，且阻带响应误差恒定的空域矩阵滤波器。本专利技术的技术方案是：空域矩阵滤波器在阵列数据用于目标方位估计之前做阵元域数据处理。设针对频率ω设计的空域矩阵滤波器为H(ω)，利用目标方位估计和匹配场定位信源入射到阵列的数学模型，做数据滤波处理。阵列接收远场平面波，接收阵列数据为方向向量与信源乘积，并叠加环境噪声n(t,ω)：x(t,ω)＝A(τ,ω)s(t,ω)+n(t,ω)其中，A(τ,ω)为延时向量，s(t,ω)为源信号，n(t,ω)为环境噪声，x(t,ω)为阵列接收数据。利用频率为ω的空域矩阵滤波器对接收阵列数据滤波，滤波后的输出y(t,ω)为：y(t,ω)＝H(ω)x(t,ω)＝H(ω)A(τ,ω)s(t,ω)+H(ω)n(t,ω)(1)已知阵列流形矩阵为A(ω)＝{a(φ,θ,ω)|φ∈Φ,θ∈Θ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种响应误差包络加权最小二乘空域矩阵滤波设计方法，通过对最优空域矩阵滤波器通带响应误差包络构造加权矩阵，利用参数迭代的方式，获得恒定的通带响应误差和阻带响应；其特征在于以下步骤：步骤1：设置左阻带、通带、右阻带响应比例系数γ(θm)，令k＝1；步骤2：计算Ek(θm)＝Hka(θm)‑b(θm),m＝1,…,M；求|Ek(θm)|的局部极大值点，获取局部极大值的横坐标及其相应的纵坐标步骤3：利用和两点间连线的延长线，计算在横坐标θ1处的取值z1，设置(θ1,max(|Ek(θ1)|,z1))为包络加权起始点；步骤4：利用和两点间连线的延长线，计算在横坐标θM处的取值zM，设置为包络加权终点；步骤5：计算(θ1,max(|Ek(θ1)|,z1))、共Q+2个点之间的线段，并取αk(θm)为θm在相应线段上的取值；令步骤6：计算下列各式wk+1(θm)＝βk(θm)γ(θm)wk(θm)Rk+1＝diag[wk+1(θ1),wk+1(θ2),…,wk+1(θM)]Hk+1＝BRk+1AH(ARk+1AH)‑1判断Hk+1是否满足如下终止条件之一：(a)k＝K；此时，此时迭代K次，算法终止；(b)迭代后，空域矩阵滤波器对所有方位的实际响应与期望响应差值小于常数算法终止；(c)迭代后，空域矩阵滤波器对所有方位的响应误差变化率都小于常数值算法终止；步骤7：若迭代终止条件满足，则Hk+1即为最终的空域矩阵滤波器；否则，令k＝k+1，重复步骤2～6。...

【技术特征摘要】
1.一种响应误差包络加权最小二乘空域矩阵滤波设计方法，通过对最优空域矩阵滤波器通带响应误差包络构造加权矩阵，利用参数迭代的方式，获得恒定的通带响应误差和阻带响应；其特征在于以下步骤：步骤1：设置左阻带、通带、右阻带响应比例系数γ(θm)，令k＝1；步骤2：计算Ek(θm)＝Hka(θm)-b(θm),m＝1,…,M；求|Ek(θm)|的局部极大值点，获取局部极大值的横坐标及其相应的纵坐标步骤3：利用和两点间连线的延长线，计算在横坐标θ1处的取值z1，设置(θ1,max(|Ek(θ1)|,z1))为包络加权起始点；步骤4：利用和两点间连线的延长线，计算在横坐标θM处的取值zM，设置为包络加权终点；步骤5：计算(θ1,max(|Ek(θ1)|,z1))、共Q+2个点之间的线段，并取αk(θm)为θm在相应线段上的取值；令步骤6：计算下列各式wk+1(θm)＝βk(θm)γ(θm)wk(θm)Rk+1＝diag[wk+1(θ1),wk+1(θ2),…,wk+1(θM)]Hk+1＝BR...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩东，徐池，任重，吴清华，郭谊，李利，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军大连舰艇学院，
类型：发明
国别省市：辽宁;21