連續(xù)域內(nèi)稀疏重構(gòu)實(shí)現(xiàn)的寬帶信號超分辨測向方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信號估計(jì)與信號處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 稀疏重構(gòu)類測向方法是近年來興起的一種新穎的超分辨測向方法。稀疏重構(gòu)屬 于壓縮感知的范疇，在許多應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了重要的影響，如遙感成像、編碼、人臉識 另Ij、超寬帶信號處理等。Candes于2006年提出了等距約束準(zhǔn)則化estrictedIsometry Property,RIP)，從數(shù)學(xué)上證明了壓縮感知方法成立的條件，該準(zhǔn)則也成為此后稀疏重構(gòu)理 論必須遵守的一個準(zhǔn)則。Blacquiere，G等人論述了寬帶陣列信號的聯(lián)合稀疏性，但是并未 給出一種較好的利用聯(lián)合稀疏性的超分辨測向方法。最早稀疏重構(gòu)方法僅僅是用于估計(jì)窄 帶信號方向，對于寬帶信號，基于分頻的寬帶陣列信號處理最值得注目的是其可利用的不 同頻帶間的聯(lián)合稀疏性，Hyder等人利用該一性質(zhì)，結(jié)合li范數(shù)估計(jì)信號到達(dá)方向，驗(yàn)證了 它在小快拍情況下可W估計(jì)出強(qiáng)相關(guān)、彼此間隔小的寬帶、窄帶信號。Za化arov給出了一種 基于同倫思想的基追蹤問題解法，該方法通過迭代得出最優(yōu)的規(guī)整因子和重構(gòu)結(jié)果，非常 適合于數(shù)據(jù)量較少、無法確定誤差界限的場景，聯(lián)系寬帶信號的聯(lián)合稀疏性，該方法被擴(kuò)展 到單個頻域快拍時的寬帶信號測向之中。
[0003] 2011年，劉章孟和周一宇等人在稀疏約束條件下利用協(xié)方差矩陣的左下角元素構(gòu) 成的導(dǎo)向矢量完成超分辨測向D0A值irectionofarrival)估計(jì)，并利用多個子帶信號的 空域稀疏性進(jìn)行重構(gòu)，該是對用于稀疏重構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)的稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)算法的推廣，可適用 于多冗余字典的信號模型。
[0004] 2010年，Eldar提出了塊稀疏的概念。在此基礎(chǔ)上胡南參照長楠球波函數(shù)模型，提 取寬帶信號陣列輸出矩陣中的元素構(gòu)成矢量，基于塊稀疏重構(gòu)的方法利用了數(shù)據(jù)中的固有 結(jié)構(gòu)該一先驗(yàn)信息，可W解決傳統(tǒng)稀疏表示方法所具有的復(fù)雜度較高、計(jì)算繁瑣等問題，同 時利用正交匹配追蹤方法對信號進(jìn)行了重構(gòu)，但追蹤過程的計(jì)算時間仍然較長。另外采用 稀疏重構(gòu)方法進(jìn)行超分辨測向時，經(jīng)常會存在網(wǎng)格失配現(xiàn)象，Tan和A.Nehorai等人W及其 他一些學(xué)者對壓縮感知中的網(wǎng)格失配問題進(jìn)行了研究，提出了一些迭代網(wǎng)格優(yōu)化壓縮感知 的參數(shù)估計(jì)算法，同時估計(jì)出了原信號和網(wǎng)格失配值；Candes對連續(xù)域內(nèi)的信號重構(gòu)進(jìn)行 了研究，解決了信號在離散域內(nèi)重構(gòu)過程當(dāng)中的網(wǎng)格失配問題，使得信號重構(gòu)精度大為提 高，該是壓縮感知的應(yīng)用從離散域向連續(xù)域的進(jìn)一步拓展，但他們并未給出連續(xù)域內(nèi)的稀 疏重構(gòu)在寬帶信號超分辨測向中的實(shí)現(xiàn)方法?；趯π盘柕南∈杩臻g采樣，利用寬帶系 數(shù)譜擬合方法，擴(kuò)展了陣列自由度，并且適用于非均勻噪聲背景。
[0005] 在估計(jì)寬帶信號時，稀疏重構(gòu)方法相對于W往的聚焦類方法降低了對信噪比和采 樣快拍數(shù)的要求，在很大程度上提高了估計(jì)性能，然而它存在著兩個主要的缺點(diǎn)；第一，算 法首先要將捜索區(qū)間分為多個離散的角度網(wǎng)格，該個過程通常會造成網(wǎng)格失配現(xiàn)象，使得 估計(jì)結(jié)果存在著一定的誤差；第二，稀疏重構(gòu)類方法繁瑣的計(jì)算過程導(dǎo)致估計(jì)時間較長，在 處理寬帶信號時更是如此，甚至?xí)^寬帶聚焦類方法，它們給稀疏重構(gòu)類方法在實(shí)際系 統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用帶來了較大的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的離散域內(nèi)稀疏重構(gòu)方法實(shí)現(xiàn)的寬帶信號超分辨測向估 計(jì)精度較低、實(shí)現(xiàn)速度較慢的問題。提出了一種連續(xù)域內(nèi)稀疏重構(gòu)實(shí)現(xiàn)的寬帶信號超分辨 測向方法及裝置。
[0007] 本發(fā)明所述的連續(xù)域內(nèi)稀疏重構(gòu)實(shí)現(xiàn)的寬帶信號超分辨測向方法，該方法具體步 驟為：
[000引步驟一、采用M個寬帶全向陣元組成的寬帶均勻直線陣列接收N個遠(yuǎn)場寬帶信號Sn(t)，獲得天線陣列的輸出信號y(t);n= 1，2,. . .，N，其中M和N均為正整數(shù)；
[0009] 步驟二、對N個遠(yuǎn)場寬帶信號s"(t)進(jìn)行加權(quán)求和，獲得遠(yuǎn)場寬帶信號加權(quán)和 S(t)，對遠(yuǎn)場寬帶信號加權(quán)和S(t)進(jìn)行傅立葉變換，獲得頻域信號X(fk);
[0010] 步驟=、對步驟一獲得的陣列輸出信號y(t)進(jìn)行傅立葉變換，獲得頻域信號 Y(fk)、頻率fk下的N個遠(yuǎn)場寬帶信號的s"(t)傅立葉變換后信號S(fk)和頻率fk下方向矩 陣A(fk);
[0011] 步驟四、在連續(xù)域內(nèi)對信號S(fk)重構(gòu)優(yōu)化，并利用凸優(yōu)化方法求解使Y(fk)= A(fk)S(fk)的拉格朗日乘數(shù)矩陣V(fk)的最優(yōu)解V?(fk);
[0012] 步驟五、對向量V?(fk)求傅立葉逆變換，將離散域內(nèi)的向量VD(fk)轉(zhuǎn)換為連續(xù)時域 內(nèi)的變量S。(t);
[001 引步驟六、令lheteet={Tdeteet[l]，Tdetect巧]，...，Tdeteet[n]，...，Tdetect[閑}為N 個信號到達(dá)相鄰兩個陣元間延時的支撐集，根據(jù)步驟=所述的頻率fk下的方向矩陣A(fk) 構(gòu)造時延為Tdwwt[n]的方向矩陣Adwwt(fk);
[0014] 步驟心根據(jù)步驟六所述的Adetwt咕）求出Adetwt咕）的伴隨矩陣咕)，獲得 Iheteet中Tdetect山，Tdeteet[2]，...，Tdetect[n]，...，Tdetect[閑的值，從而獲得頻點(diǎn)fk下信 號到達(dá)方向01，0 2,...，0W的值；
[0015] 步驟八、將G個頻點(diǎn)分成W組，G、W均為正整數(shù)，且W小于等于G，采用W個處理器 同時通過步驟一到步驟走所述方法分別求出每個頻點(diǎn)的信號的到達(dá)方向，對G個頻點(diǎn)的信 號到達(dá)方向取平均值，獲得寬帶信號的方向。
[0016] 利用上述連續(xù)域內(nèi)稀疏重構(gòu)實(shí)現(xiàn)的寬帶信號超分辨測向方法的測向裝置，該裝置 包括寬帶均勻直線陣列、多通道寬帶數(shù)字接收機(jī)和寬帶信號超分辨測向裝置；
[0017] 寬帶均勻直線陣列用于接收遠(yuǎn)場寬帶信號，并將接收的遠(yuǎn)場寬帶信號發(fā)送至多通 道寬帶數(shù)字接收機(jī)；
[0018] 多通道寬帶數(shù)字接收機(jī)接收寬帶均勻直線陣列發(fā)送的遠(yuǎn)場寬帶信號，并提取該遠(yuǎn) 場寬帶信號的正交分量和同相分量；并將提取的正交分量和同相分量發(fā)送至寬帶信號超分 辨測向裝置；
[0019] 寬帶信號超分辨測向裝置包括P個數(shù)字信號處理器巧片、晶振、復(fù)位電路、靜態(tài)存 儲器、復(fù)雜可編程邏輯器件、閃存器、只讀存儲器；所述P個數(shù)字信號處理器巧片分為1個主 數(shù)字信號處理器巧片和P-1個從數(shù)字信號處理器巧片；
[0020] 主數(shù)字信號處理器巧片與P-1個從數(shù)字信號處理器巧片通過串行輸入輸出端口 進(jìn)行級聯(lián)連接，復(fù)雜可編程邏輯器件的數(shù)據(jù)、地址和邏輯控制信號輸入輸出端同時與p個 數(shù)字信號處理器巧片的數(shù)據(jù)、地址和邏輯控制信號輸入輸出端連接，主數(shù)字信號處理器巧 片的存儲信號輸入輸出端分別連接靜態(tài)存儲器和閃存器5的存儲信號輸入輸出端，晶振的 時鐘信號輸出端連接主數(shù)字信號處理器巧片的時鐘信號輸入端、復(fù)位電路的復(fù)位信號輸出 端連接主數(shù)字信號處理器巧片的復(fù)位信號輸入端，復(fù)雜可編程邏輯器件的存儲信號輸入端 連接只讀存儲器的存儲信號輸出端。
[002U 本發(fā)明所述的測向方法及裝置，利用連續(xù)域內(nèi)的稀疏重構(gòu)具有的估計(jì)精度高、分 辨力強(qiáng)的特點(diǎn)，并結(jié)合了數(shù)字信號處理器巧片值igitalSi即alProcessor,DS巧具有的計(jì) 算速度快、并行處理和精度高等優(yōu)點(diǎn)，可W在較短的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬帶信號到達(dá)方向快速、準(zhǔn) 確的估計(jì)。本發(fā)明能夠應(yīng)用在實(shí)時性強(qiáng)、精度要求高的背景下，為許多工程領(lǐng)域提