一种基于频率预估计的双阵元正弦信号来波方向估计方法与流程

技术特征：

1.一种基于频率预估计的双阵元正弦信号来波方向估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

第一步：获取待处理的双阵元正弦信号采样数据序列x1(n1),n1＝0,1,…,N-1和x2(n2),n2＝0,1,…,N-1，其中x1(n1)为双阵元基元1的正弦信号采样数据序列，x2(n2)为双阵元基元2的正弦信号采样数据序列：从所述双阵元基元接收N个采样点的实时采集数据作为待处理的数据序列x1(n1),n1＝0,1,…,N-1和x2(n2),n2＝0,1,…,N-1，或从存储器中提取从检测到信号时刻起始的N个采样点的数据作为待处理的数据序列x1(n1),n1＝0,1,…,N-1和x2(n2),n2＝0,1,…,N-1，所述的N为检测到的正弦信号脉宽长度所对应的采样点个数，取值为2的整数次幂；

第二步：分别计算所述采样数据序列x1(n1)和x2(n2)的离散傅里叶变换X1(l1)和X2(l2)以及两者的互功率谱模值P(k)，计算过程如下：

首先，分别计算x1(n1)和x2(n2)的离散傅里叶变换X1(l1)和X2(l2)，即

其中l1和l2分别为X1(l1)和X2(l2)的离散频率索引，j表示虚数单位，即

然后，根据下式计算所述离散傅里叶变换X1(l1)和X2(l2)的互功率谱模值：

其中k为P(k)的离散频率索引，| |代表取模值运算，代表开根号运算；

第三步：计算两阵元正弦信号在离散频点处傅里叶变换共轭相乘的实部ξd与虚部ηd、正弦信号频率相对偏差δ与预估频率计算过程如下：

首先，根据下式搜索互功率谱模值P(k)最大值所对应的索引k0：

其中表示在1≤k≤N/2-1范围内搜索P(k)的最大值所对应的离散频率索引；

然后，计算两阵元信号在离散频点k0处傅里叶变换共轭相乘的实部ξd与虚部ηd，即：

ξd＝Re[X1(k0)]Re[X2(k0)]+Im[X1(k0)]Im[X2(k0)] 式(5)

ηd＝Re[X1(k0)]Im[X2(k0)]-Im[X1(k0)]Re[X2(k0)] 式(6)

其中Re[]代表取实部运算，Im[]代表取虚部运算；

最后，估计正弦信号频率相对偏差δ和预估频率计算过程如下：

取P(k)在离散频率索引k0-1，k0和k0+1处的值，分别记为Al，Am和Ar，即

Al＝P(k0-1),Am＝P(k0),Ar＝P(k0+1) 式(7)

利用所述值Al，Am和Ar计算正弦信号频率相对偏差δ和预估频率即

其中△f为长度为N的离散傅里叶变换的频率分辨率，△f＝fs/N，fs为采样频率；δ0为设定的相对频率偏差阈值，δ0为任一大于0且小于0.5的数；

第四步：比较|δ|与设定相对频率偏差阈值δ0的大小，如果|δ|<δ0，则令两阵元信号在预估频点处傅里叶变换共轭相乘的实部ξ＝ξd，虚部η＝ηd，并转到第六步；否则转到第五步；

第五步：计算两阵元信号在预估频点处傅里叶变换共轭相乘的实部ξ和虚部η，过程如下：

首先，分别计算所述采样数据序列x1(n)和x2(n)在预估频点处的单点傅里叶变换Z1和Z2，即：

然后，计算两阵元信号在预估频点处傅里叶变换共轭相乘的实部ξ和虚部η，即：

ξ＝Re[Z1]Re[Z2]+Im[Z1]Im[Z2] 式(12)

η＝Re[Z1]Im[Z2]-Im[Z1]Re[Z2] 式(13)

第六步：估计双阵元正弦信号来波方向过程如下：

首先，计算双阵元正弦信号的相位差α，即：

其中atan()代表反正切运算，π代表圆周率；

然后，估计双阵元正弦信号的时延差τ，并依据所述双阵元正弦信号的最大时延差对τ进行修正，得到修正时延差τR，即：

其中，d为两阵元的阵间距，c为正弦信号在介质中的传播速度；

最后，估计双阵元正弦信号来波方向即：

其中，a cos()为反余弦运算。

2.按照权利要求1所述的基于频率预估计的双阵元正弦信号来波方向估计方法，其特征在于，所述的第二步中，利用快速傅里叶变换计算所述采样数据序列x1(n1)和x2(n2)的离散傅里叶变换X1(l1)和X2(l2)。

3.按照权利要求1或2所述的基于频率预估计的双阵元正弦信号来波方向估计方法，其特征在于，所述的第三步中，相对频率偏差阈值δ0＝0.1。