一种基于滤波器组的时延估计方法及其系统

摘要

本发明涉及一种基于滤波器组的时延估计的方法及其系统，利用滤波器组分别估计两路目标信号的互谱和相应的加权谱，以实现时延估计，1)采集两路目标信号的采样序列x₁(n)，x₂(n)；2)预先生成L×N维傅里叶矩阵F＝[f₀，f₁，…，f_N－1]；3)分别计算协方差矩阵R₁₁，R₂₂和相应的各次逆矩阵R₁₁^－1，R₂₂^－1，以及互协方差矩阵R₁₂；4)计算得到N个长度为L相应数据子段的滤波器组；5)计算序列x₁(n)，x₂(n)的互谱和加权函数谱；6)计算采用广义互谱相位法的时延估计。本方案中还可以进行数据分段和加窗，目的是保证数据序列的平稳性，提高估计的稳健度。本发明原理明确，易于工程实现；不仅适合窄带和功率谱平坦的情况，也适合功率谱有较大起伏的情况，在信道起伏导致功率谱不平坦的情况下，仍可实现稳健的时延估计。

主权项

1、一种基于滤波器组的时延估计方法，该方法利用滤波器组分别估计两路目标信号的互谱和相应的加权谱，以实现时延估计，所述的基于滤波器组的时延估计方法包括以下步骤：1)采集两路目标信号的采样序列x₁(n)，x₂(n)；所述的两路目标信号的到达接受传感器时存在时延差，即x₁(n)，x₂(n)之间存在时延τ，采样序列x₁(n)，x₂(n)的采样频率为F_s；2)预先生成L×N维傅里叶矩阵F＝[f₀，f₁，…，f_N-1]，傅里叶矩阵的列向量$f_n=\frac{1}{\sqrt{L}}{\left[\begin{array}{cccc}1& e^{i{\omega }_n}& ···& e^{i{\omega }_n(L-1)}\end{array}\right]}^T,$ω_n＝2πn/N，其中，n＝0，1，…，N-1；Fs/N为频率分辨率；3)分别计算两路目标信号的采样序列x₁(n)，x₂(n)的各子段相应的协方差矩阵R₁₁，R₂₂和相应的各次逆矩阵R₁₁^-1，R₂₂^-1，以及两路目标信号的采样序列x₁(n)和x₂(n)各子段相应的互协方差矩阵R₁₂；所述协方差矩阵R₁₁，R₂₂和互协方差矩阵R₁₂的计算公式为：$R_{11}=E\left\{x_1\left(n\right)x_1^H\left(n\right)\right\},$$R_{22}=E\left\{x_2\left(n\right)x_2^H\left(n\right)\right\},$$R_{12}=E\left\{x_1\left(n\right)x_2^H\left(n\right)\right\};$其中上标H表示共轭转置操作，E{·}表示求数学期望；4)设定参数α，由设定参数α、协方差矩阵估计及其逆矩阵，得到相应的N个长度为L相应数据子段的滤波器组：$g_{1,i}^{\alpha }=R_{11}^{-\alpha }{f}_i/\left(f_i^H{R}_{11}^{-\alpha }{f}_i\right),$$g_{2,i}^{\alpha }=R_{22}^{-\alpha }{f}_i/\left(f_i^H{R}_{22}^{-\alpha }{f}_i\right),$其中i＝0，1，…，N-1；f_i为频率点；所述参数α的取值范围为0≤α≤1；所述滤波器g_1，i^α和g_2，i^α分别表示第p个子段数据对应的滤波器系数；5)计算序列x₁(n)，x₂(n)的互谱$P_{12}^p\left(f_i\right)=g_{1,i}^H{R}_{12}{g}_{2,i}$和加权函数谱6)计算采用广义互谱相位法的时延估计。