连续域内稀疏重构实现的宽带信号超分辨测向方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信号估计与信号处理领域。
【背景技术】
[0002] 稀疏重构类测向方法是近年来兴起的一种新颖的超分辨测向方法。稀疏重构属 于压缩感知的范畴，在许多应用科学领域产生了重要的影响，如遥感成像、编码、人脸识 另Ij、超宽带信号处理等。Candes于2006年提出了等距约束准则化estrictedIsometry Property,RIP)，从数学上证明了压缩感知方法成立的条件，该准则也成为此后稀疏重构理 论必须遵守的一个准则。Blacquiere，G等人论述了宽带阵列信号的联合稀疏性，但是并未 给出一种较好的利用联合稀疏性的超分辨测向方法。最早稀疏重构方法仅仅是用于估计窄 带信号方向，对于宽带信号，基于分频的宽带阵列信号处理最值得注目的是其可利用的不 同频带间的联合稀疏性，Hyder等人利用该一性质，结合li范数估计信号到达方向，验证了 它在小快拍情况下可W估计出强相关、彼此间隔小的宽带、窄带信号。Za化arov给出了一种 基于同伦思想的基追踪问题解法，该方法通过迭代得出最优的规整因子和重构结果，非常 适合于数据量较少、无法确定误差界限的场景，联系宽带信号的联合稀疏性，该方法被扩展 到单个频域快拍时的宽带信号测向之中。
[0003] 2011年，刘章孟和周一宇等人在稀疏约束条件下利用协方差矩阵的左下角元素构 成的导向矢量完成超分辨测向D0A值irectionofarrival)估计，并利用多个子带信号的 空域稀疏性进行重构，该是对用于稀疏重构的标准的稀疏贝叶斯学习算法的推广，可适用 于多冗余字典的信号模型。
[0004] 2010年，Eldar提出了块稀疏的概念。在此基础上胡南参照长楠球波函数模型，提 取宽带信号阵列输出矩阵中的元素构成矢量，基于块稀疏重构的方法利用了数据中的固有 结构该一先验信息，可W解决传统稀疏表示方法所具有的复杂度较高、计算繁琐等问题，同 时利用正交匹配追踪方法对信号进行了重构，但追踪过程的计算时间仍然较长。另外采用 稀疏重构方法进行超分辨测向时，经常会存在网格失配现象，Tan和A.Nehorai等人W及其 他一些学者对压缩感知中的网格失配问题进行了研究，提出了一些迭代网格优化压缩感知 的参数估计算法，同时估计出了原信号和网格失配值；Candes对连续域内的信号重构进行 了研究，解决了信号在离散域内重构过程当中的网格失配问题，使得信号重构精度大为提 高，该是压缩感知的应用从离散域向连续域的进一步拓展，但他们并未给出连续域内的稀 疏重构在宽带信号超分辨测向中的实现方法。化基于对信号的稀疏空间采样，利用宽带系 数谱拟合方法，扩展了阵列自由度，并且适用于非均匀噪声背景。
[0005] 在估计宽带信号时，稀疏重构方法相对于W往的聚焦类方法降低了对信噪比和采 样快拍数的要求，在很大程度上提高了估计性能，然而它存在着两个主要的缺点；第一，算 法首先要将捜索区间分为多个离散的角度网格，该个过程通常会造成网格失配现象，使得 估计结果存在着一定的误差；第二，稀疏重构类方法繁琐的计算过程导致估计时间较长，在 处理宽带信号时更是如此，甚至会超过宽带聚焦类方法，它们给稀疏重构类方法在实际系 统当中的应用带来了较大的困难。
【发明内容】
[0006] 本发明是为了解决现有的离散域内稀疏重构方法实现的宽带信号超分辨测向估 计精度较低、实现速度较慢的问题。提出了一种连续域内稀疏重构实现的宽带信号超分辨 测向方法及装置。
[0007] 本发明所述的连续域内稀疏重构实现的宽带信号超分辨测向方法，该方法具体步 骤为：
[000引步骤一、采用M个宽带全向阵元组成的宽带均匀直线阵列接收N个远场宽带信号Sn(t)，获得天线阵列的输出信号y(t);n= 1，2,. . .，N，其中M和N均为正整数；
[0009] 步骤二、对N个远场宽带信号s"(t)进行加权求和，获得远场宽带信号加权和 S(t)，对远场宽带信号加权和S(t)进行傅立叶变换，获得频域信号X(fk);
[0010] 步骤=、对步骤一获得的阵列输出信号y(t)进行傅立叶变换，获得频域信号 Y(fk)、频率fk下的N个远场宽带信号的s"(t)傅立叶变换后信号S(fk)和频率fk下方向矩 阵A(fk);
[0011] 步骤四、在连续域内对信号S(fk)重构优化，并利用凸优化方法求解使Y(fk)= A(fk)S(fk)的拉格朗日乘数矩阵V(fk)的最优解V?(fk);
[0012] 步骤五、对向量V?(fk)求傅立叶逆变换，将离散域内的向量VD(fk)转换为连续时域 内的变量S。(t);
[001 引步骤六、令lheteet={Tdeteet[l]，Tdetect巧]，...，Tdeteet[n]，...，Tdetect[闲}为N 个信号到达相邻两个阵元间延时的支撑集，根据步骤=所述的频率fk下的方向矩阵A(fk) 构造时延为Tdwwt[n]的方向矩阵Adwwt(fk);
[0014] 步骤心根据步骤六所述的Adetwt咕）求出Adetwt咕）的伴随矩阵咕)，获得 Iheteet中Tdetect山，Tdeteet[2]，...，Tdetect[n]，...，Tdetect[闲的值，从而获得频点fk下信 号到达方向01，0 2,...，0W的值；
[0015] 步骤八、将G个频点分成W组，G、W均为正整数，且W小于等于G，采用W个处理器 同时通过步骤一到步骤走所述方法分别求出每个频点的信号的到达方向，对G个频点的信 号到达方向取平均值，获得宽带信号的方向。
[0016] 利用上述连续域内稀疏重构实现的宽带信号超分辨测向方法的测向装置，该装置 包括宽带均匀直线阵列、多通道宽带数字接收机和宽带信号超分辨测向装置；
[0017] 宽带均匀直线阵列用于接收远场宽带信号，并将接收的远场宽带信号发送至多通 道宽带数字接收机；
[0018] 多通道宽带数字接收机接收宽带均匀直线阵列发送的远场宽带信号，并提取该远 场宽带信号的正交分量和同相分量；并将提取的正交分量和同相分量发送至宽带信号超分 辨测向装置；
[0019] 宽带信号超分辨测向装置包括P个数字信号处理器巧片、晶振、复位电路、静态存 储器、复杂可编程逻辑器件、闪存器、只读存储器；所述P个数字信号处理器巧片分为1个主 数字信号处理器巧片和P-1个从数字信号处理器巧片；
[0020] 主数字信号处理器巧片与P-1个从数字信号处理器巧片通过串行输入输出端口 进行级联连接，复杂可编程逻辑器件的数据、地址和逻辑控制信号输入输出端同时与p个 数字信号处理器巧片的数据、地址和逻辑控制信号输入输出端连接，主数字信号处理器巧 片的存储信号输入输出端分别连接静态存储器和闪存器5的存储信号输入输出端，晶振的 时钟信号输出端连接主数字信号处理器巧片的时钟信号输入端、复位电路的复位信号输出 端连接主数字信号处理器巧片的复位信号输入端，复杂可编程逻辑器件的存储信号输入端 连接只读存储器的存储信号输出端。
[002U 本发明所述的测向方法及装置，利用连续域内的稀疏重构具有的估计精度高、分 辨力强的特点，并结合了数字信号处理器巧片值igitalSi即alProcessor,DS巧具有的计 算速度快、并行处理和精度高等优点，可W在较短的时间内实现宽带信号到达方向快速、准 确的估计。本发明能够应用在实时性强、精度要求高的背景下，为许多工程领域提