一種快速自適應聯合時延估計方法技術

本發明專利技術涉及一種快速自適應聯合時延估計方法，該方法包括以下步驟：根據本次迭代的時延估計量，計算第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號；根據各路輸出信號，計算第k次迭代的合成參考信號；根據第i路第k次迭代的輸出信號和第k次迭代的合成參考信號，求取第i路信號第k次迭代的誤差信號；計算誤差信號功率，其結果與門限值比較；當誤差信號功率小于門限值時，根據迭代次數，直接求取第k次迭代的步長，根據第k次迭代的步長求取第i路信號第k+1次迭代的時延估計量；將第i路信號的時延對準到各路信號的平均時延上，得到最終第i路信號第k+1次迭代的時延估計量。本發明專利技術可以在快速收斂的情況下獲得更小的時延估計方差。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種時延估計的方法，具體涉及一種快速自適應聯合時延估計方法。
技術介紹
時間延遲是表征一個信號的重要參量，準確、迅速地估計接收陣列所接收到的同源信號之間的時間延遲，可以進一步確定其他相關參量，如信源的距離、方位、速度和移動方向等。因此，時延估計成為近年來信號處理領域一個十分活躍的研究課題，在雷達、聲納、水聲學、生物醫學、地球物理、地震學、石油勘探、通信和語音信號增強等領域都有廣泛的應用。時延估計的基本原理就是對兩路或多路信號之間進行移位，尋找相似度最高的移位位置作為時延估計值。主要方法包括基本互相關法、廣義互相關法、相應的頻域實現算法和高階累計量法等。其中采用自適應濾波的時延估計方法是一類被廣泛研究的經典算法，由于該算法不需要接收信號的統計特性和噪聲的先驗信息，同時擁有自動跟蹤特性，因此具有獨特優勢。信號時延可以等效為信號通過時延有限沖激響應(Finite ImpulseResponse，FIR)濾波器，基本的最小均方時延估計(Least Mean Square Time DelayEstimation，LMSTDE)算法選取一路信號作為參考信號，采用自適應算法調整濾波器系數補償信號時延，使其與參考信號均方誤差最小，最終通過內插方式從濾波器系數中得到兩路信號間時延差的估計。作為LMSTDE算法的改進，基于最小均方誤差準則，在H.C.So等人發表的文章《ANew Algorithm for Explicit Adaption of Time Delay》中提出了基于約束自適應的時延估計(Explicit Time Delay Estimator，ETDE)算法。ETDE算法將濾波器系數形式約束為通過自適應算法直接調整的值，進而調整濾波器系數。兩路存在時延差異的接收信號表示為：x0(k)=s(k-D)+n0(k)x1(k)=s(k)+n1(k)---(1)]]>其中s(k)是信源發送信號，n0(k)和n1(k)分別是兩路信號噪聲，D是待估計的兩路信號時延量真值。通常設n0(k)和n1(k)是獨立不相關的平穩零均值高斯白噪聲隨機過程。ETDE算法系統框圖如圖1所示。ETDE算法的基本思想是希望在濾波輸出結果與參考信號的均方誤差最小目標下，獲得對信號間延遲差的估計。只是在濾波器系數上做了約束：h(k)=sin c(-P-D^(k))sin c(-P+1-D^(k))...sin c(P-D^(k))---(2)]]>其中濾波器的階數為2P+1，是第k次迭代的時延估計值，xi(k)＝[xi(k+P)，xi(k+P-1)，…，xi(k-P)]T為輸入信號向量。濾波輸出信號和誤差分別為：y1(k)=x1T(k)h(k)=hT(k)x1(k)---(3)]]>e1(k)＝x0(k)-y1(k)＝x0(k)-hT(k)x1(k) (4)時延估計的更新公式為：D^(k+1)=D^(k)-2μe1(k)fT(k)x1(k)---(5)]]>其中μ為迭代更新的步長因子，通常為一個小正數，fT(k)=∂hT(k)∂D^(k)=[∂sin c(-P-D^(k))∂D^(k),∂sin c(-P+1-D^(k))∂D^(k),......,∂sin c(P-1-D^(k))∂D^(k),∂sin c(P-D^(k))∂D^(k)]---(6)]]>∂sin c(n-D^(k))∂D^(k)=cos(π(n-D^(k)))-sin c(n-D^(k))n-D^(k)---(7)]]>為了便于進行算法性能定性推導，H.C.So等人對ETDE算法的特性進行了推導。其時延估計的均值為：E{D^(k)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種快速自適應聯合時延估計方法，其特征在于，包括以下步驟：根據本次迭代的時延估計量，計算第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號；根據各路輸出信號，計算第k次迭代的合成參考信號；根據第i路第k次迭代的輸出信號和第k次迭代的合成參考信號，求取第i路信號第k次迭代的誤差信號；計算誤差信號功率，其結果與門限值比較；當誤差信號功率小于門限值時，根據迭代次數，直接求取第k次迭代的步長，以及根據第k次迭代的步長求取第i路信號第k+1次迭代的時延估計量；將第i路信號的時延對準到各路信號的平均時延上，得到最終第i路信號第k+1次迭代的時延估計量。

【技術特征摘要】
1.一種快速自適應聯合時延估計方法，其特征在于，包括以下步驟：根據本次迭代的時延估計量，計算第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號；根據各路輸出信號，計算第k次迭代的合成參考信號；根據第i路第k次迭代的輸出信號和第k次迭代的合成參考信號，求取第i路信號第k次迭代的誤差信號；計算誤差信號功率，其結果與門限值比較；當誤差信號功率小于門限值時，根據迭代次數，直接求取第k次迭代的步長，以及根據第k次迭代的步長求取第i路信號第k+1次迭代的時延估計量；將第i路信號的時延對準到各路信號的平均時延上，得到最終第i路信號第k+1次迭代的時延估計量。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據本次迭代的時延估計量，計算第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號步驟包括：根據本次迭代的時延估計量利用公式(2)對濾波器系數h(k)做了約束；h(k)=sin c(-P-D^(k))sin c(-P+1-D^(k))...sin c(P-D^(k))---(2)]]>其中，濾波器的階數為2P+1，是第k次迭代的時延估計值；以及根據公式(10)接收信號xi(k)表示為：xi(k)＝s(k-Di)+ni(k) (10)其中i＝1,2,…N，N為信號路數，Di是第i路信號的時延量，各路之間相互獨立；根據所述濾波器系數h(k)和接收信號xi(k)，利用公式(11)求取第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號yi(k)：yi(k)=hiT(k)xi(k)---(11)]]>其中濾波器系數hi(k)與公式(2)定義一致，xi(k)＝[xi(k+P)，xi(k+P-1)，…，xi(k-P)]T為輸入信號向量。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據各路輸出信號，計算第k次迭代的合成參考信號步驟包括：通過公式(12)計算所述第k次迭代的合成信號：yc(k)=1NΣi=1Nyi(k)---(12)]]>其中，yc(k)為合成參考信號，yi(k)為第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號。4.根據權利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述根據第i路第k次迭代的輸出信號和第k次迭代的合成參考信號，求取第i路信號第k次迭代的誤差信號步驟包括：通過公式(13)計算所述第i路信號第k次迭代的誤差信號ei(k)為：ei(k)=yc(k)-yi(k)=1NΣj=1j≠iNyj(k)-N-1Nyi(k)---(13)]]>其中，yc(k)為合成參考信號，yi(k)為第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，計算誤差信號功率，其結果與門限值比較步驟包括：通過公式(28)計算誤差信號功率Pe(k)：Pe(k)=12P+1&...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王雷歐，王東輝，
申請(專利權)人：中國科學院聲學研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11