r>[0022] 例如，实验中传感器阵元的采样速率分别为F1= 52400Hz，F2= 54800Hz，F3 = 55600Hz，用经典DFT方法则频率的测量范围为（0, 27800]，而若采用本发明则最大可测频 率为997853200Hz，比传统方法提高了 4个数量级。
[0023] 第二、实现了空间域欠采样下的DOA高精度估计，并实现了传感器阵元的灵活布 置；
[0024] 在传统无模糊DOA测量方法中，要求相邻传感器阵元的间距小于入射信号的半波 长，这样不但会造成传感器阵元在安装上的困难，也势必会加大低频信号在不同传感器阵 元间的互耦，降低各信号到达方向估计的精度。本发明提出了具体的阵列稀疏布置方案，并 可根据实际情况灵活配置传感器阵元间距。
[0025] 例如，实验中假定的入射信号波长为A 〇. 3426m，若根据传统无模糊DOA估计 方法，则相邻传感器阵元间距d需满足d<X，= 0. 1713m，而根据本发明布置的阵列，其 相邻传感器阵元的最小间距为〇.3m，突破了半波长的限制。并且通过改变系统参数的取值， 可以实现传感器阵元间距的灵活配置。
[0026] 第三、充分利用阵列样本，提高了参数联合测量的效率和实时性。
[0027] 文献[13]的参数联合估计法其采样及测量过程分为两个阶段，即先用单独某个 传感器阵元进行分频多路采样来测量信号频率，然后再利用传感器阵列并行采样来测量信 号DOA，采样耗时较长不利于进行实时测量，而且两个采样阶段的数据不能复用，样本利用 率低。本发明直接利用传感器阵列进行并行多路采样，通过分析采集到的少数样本则得得 到信号的频率和DOA测量值，更利于工程应用。
【附图说明】
[0028] 图1为时空欠采样下信号的频率及DOA联合测量流程图；
[0029] 图2为传感器阵元布置示意图；
[0030]图3(a)为信噪比与信号频率检测概率关系曲线；
[0031] 图3(b)为信噪比与信号频率估计均方误差关系曲线；
[0032] 图4为信噪比与信号DOA估计性能关系曲线；
[0033] 图5为本发明的硬件实施图；
[0034] 图6为DSP内部程序流图。
【具体实施方式】
[0035] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步 地详细描述。
[0036] 本发明结合鲁棒的闭式CRT算法[8]与DFT谱校正方法进行时空欠采样下信号的 频率及DOA联合测量。由于引入了闭式CRT算法，避免了运算过程中的搜索从而减少了运 算耗时。与文献[13]的方法相比，本发明省去了先用某一单独传感器阵元进行多次采样测 频的步骤，耗时更短且样本利用率更高。与文献[10-12]不同，在本发明中对信号样本进行 处理时的DFT点数选为样本个数而非采样速率值，大大降低了计算量及对硬件的要求。同 时，为克服DFT的"栅栏效应"引起的余数误差，本发明引入Candan内插估计器[14'15]对DFT 结果进行频谱和相位校正，提高了参数估计精度。因此，本发明具有较高的实用价值和广泛 的应用前景。
[0037] 101:布置含L个传感器阵元的非均匀线性阵列，以传感器阵元1为参考阵元， 定义传感器阵元i与传感器阵元1的间距为du且满足d"=Kni. .Hh/nH，i= 2，...，L，其中nH为两两互质的数组，K为根据实际情况设定的常数且要求满足0 <K<Amin(Amin为系统最大可测频率fmax对应的信号波长）。
[0038] 以包含3个传感器阵元的线性阵列为例，令K= 0.9Amin，ni= 3,n2= 2,则 ….了入min。显然，在该阵列中相距最近的阵元为传感器2和3,其间距d3,2=〇.9Amin>Amin/2,突破了传统方法中要求阵元间距不大于信号半波长的限制。在实 际应用中，通过改变质数组nh及K的取值即可实现传感器阵元间距的灵活配置。
[0039] 102:在同一时间间隔I；内，L个传感器阵元分别以采样速率Fi?F^t空间入射 信号做并行欠采样（要求匕?h具有正的公约数Mf，且匕?FJ余以Mf后两两互质）；
[0040] 在雷达、声纳等很多应用中，入射信号符合如下模型：
[0041] s(t) =Aexp(j2 3if〇t) + ? (t) (1)
[0042] 其中，A为非零常量，《(t)为加性噪声，&为入射信号频率。包含L个传感器阵 元的阵列接收到的信号为：
[0043] y(t) =a?s(t) (2)
[0044] 其中，a为方向向量，由阵列结构和入射信号共同决定。式（2)的矩阵形式为
【主权项】
1. 一种时空欠采样下信号频率及DOA联合测量方法，其特征在于，所述测量方法包括 以下步骤： 布置含L个传感器阵元的线性非均匀阵列，以传感器阵元1为参考阵元，定义传感器阵 元i与传感器阵元1的间距为du; 在同一时间间隔Ttl内，L个传感器阵元分别以采样速率F !\对空间入射信号做并行 欠采样，其中，F1-F点有正的公约数Mf; 对L路信号样本做DFT，用Candan内插估计器对各路DFT谱峰值做频率、相位校正，得 到L对归一化频率及相位估计值； 采用闭式CRT算法，通过L对归一化频率获取信号频率值又； 求出传感器阵元1与其它阵元的接收信号相位差估计值，进一步构成相位余数，最后 算出空间信号入射角。
2. 根据权利要求1所述的一种时空欠采样下信号频率及DOA联合测量方法，其特征在 于，所述采用闭式CRT算法，通过L对归一化频率获取信号频率值/。的步骤具体为： 把f = / =丨，...，L作为频率余数，以各传感器阵元采样速率的值作为CRT所需的 模，把余数组1.4..4、质数组1\*"1^*"1\以及|^代入闭式0^求得信号频率值又。
3. 根据权利要求1所述的一种时空欠采样下信号频率及DOA联合测量方法，其特征在 于，所述求出传感器阵元1与其它阵元的接收信号相位差估计值，并进一步构成相位余数， 算出空间信号入射角具体为： 求出传感器阵元1与其它阵元的接收信号相位差估计值△多u =堯-爲，并进一步构成相 位余数；将相位余数组、质数组n η η及参数M0代入闭合形式CRT重构出非负常数N。， 进而由Ntl算出空间信号入射角4。
4. 根据权利要求1所述的一种时空欠采样下信号频率及DOA联合测量方法，其特征在 于，所述时空欠采样下信号频率及DOA联合测量装置包括：传感器阵元、A/D采样器、DSP和 输出驱动及其显示电路， 空间远场窄带信号s (t)以某一入射角Θ到达各传感器阵元，得到阵列接收信号；各传 感器阵元上的A/D采样器分别以F1, F2, ...，^的速率对信号并行采样，将得到的样本序列 并行输入到DSP器件，经过DSP的内部算法处理，得到入射信号的频率估计和DOA估计，最 后借助输出驱动及其显示电路显示估计结果。
【专利摘要】本发明公开了一种时空欠采样下信号频率及DOA联合测量方法及装置，方法包括：对L路信号样本做DFT，用Candan内插估计器对各路DFT谱峰值做频率、相位校正，得到L对归一化频率及相位估计值；采用闭式CRT算法，由L对归一化频率获取信号频率值；求出传感器阵元1与其它阵元的接收信号相位差估计值，进一步构成相位余数，最后算出空间信号入射角。装置包括：空间远场窄带信号以某一入射角θ到达各传感器阵元，得到阵列接收信号；各传感器阵元上的A/D采样器对信号并行采样，将得到的样本序列并行输入到DSP器件，经过DSP的内部算法处理，得到入射信号的频率估计和DOA估计，最后借助输出驱动及其显示电路显示估计结果。
【IPC分类】G01S7-00, G01S3-00
【公开号】CN104535959
【申请号】CN201410737350
【发明人】黄翔东, 冼弘宇, 闫子阳, 景森学, 朱展宏
【申请人】天津大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月5日