一種快速自適應聯(lián)合時延估計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種快速自適應聯(lián)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(shù)，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(fā)明可以在快速收斂的情況下獲得更小的時延估計方差。
【專利說明】
一種快速自適應聯(lián)合時延估計方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種時延估計的方法，具體涉及一種快速自適應聯(lián)合時延估計方法。
【背景技術】
[0002] 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(yī)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。
[0003] 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(xiàn)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(tǒng)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(yōu)勢。信號時延可以等效為信號通過時延有限沖激響應（Finite Impulse Response，F(xiàn)IR)濾波器，基本的最小均方時延估計（Least Mean Square Time Delay Estimation，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(shù)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(shù)中得到兩路 信號間時延差的估計。
[0004] 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(fā)表的文章《A New 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(shù)形式約束為 sin，通過自適應算法直接調整i的值，進而調整濾波器系數(shù)。
[0005]兩路存在時延差異的接收彳目號表不為： xAk) - s{k - D) + nAk)
[0006] f n xx{k) - s(ji) + nx{k)
[0007] 其中s(k)是信源發(fā)送信號，nQ(k)和m(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n Q(k)和m(k)是獨立不相關的平穩(wěn)零均值高斯白噪聲隨機過程。 ETDE算法系統(tǒng)框圖如圖1所示。
[0008] 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(shù)上做了約束： (2：)
[0010] 其中濾波器的階數(shù)為2P+1，/)(/()是第k次迭代的時延估計值，Xl(k) = [Xl(k+P)，Xl (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：
[0011 ] y, (k) = x!(k)h(k) = hT(k)x^ (k) {3j
[0012] ei(k) =xo(k)-yi(k) =xo(k)-hT(k)xi(k) (4)
[0013]時延估計的更新公式為：
[0014] ￡)(k + \)二 f)(k) - 2/je' (k) f1 (k)x' (k) (5)
[00i5]其中y為迭代更新的步長因子，通常為一個小正數(shù)，
[0018]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： (6' (1)
(8)
[0020] 上式中灰〇)表示時延的初始估計值。為了使算法能夠收斂，
[0021] 時延估計的方差為：

(9)
[0023] ETDE算法是針對兩路信號之間的時延差估計。由公式(9)可知，< 和燈〗分別代表 信號和噪聲的功率，EIDE算法的方差性能與erf和療〗有關，即算法的估計性能僅與兩路信號 的信號質量有關。根據信號合成原理，通過信號合成，可以提高合成信號的信噪比。因此如 果使用合成信號作為參考信號，則可以有效提高估計性能。
[0024] 在羅柏文等人發(fā)表的文章《采用合成方法的多路信號自適應聯(lián)合時延估計》中重 點關注多路信號之間時延差異的聯(lián)合估計問題，提出以合成信號作為自適應時延估計的參 考信號，在不明顯增加計算量的條件下，當算法收斂時，聯(lián)合時延估計(Joint Explicit Time Delay Estimation，JETDE)算法的方差明顯低于傳統(tǒng)的兩路信號之間自適應時延估 計算法方差。接收信號表示為：
[0025] xi(k) = s(k-Di)+m(k) (10)
[0026]其中i = l，2,-，氺為信號路數(shù)。Di是第i路信號的時延量，各路之間相互獨立。 JETDE算法系統(tǒng)框圖如圖2。
[0027] 第i路信號經過濾波補償時延差異后，輸出信號為：
[0028] y.(A-) = /?； (k)x.(k) (11)
[0029] 其中濾波器hi(k)與公式(2)定義一致，Xi(k) = [Xi(k+P)，Xi(k+P_l)，…，Xi(k_P)]T 為輸入信號向量。合成信號表示為：
(12 )
[0031]與ETDE算法中以某一路信號作為參考信號的做法不同，JETDE算法其參考信號為 合成輸出信號。由于合成輸出信號比任何一路信號質量都更好，具有更高的信噪比，因此能 夠獲得更好的時延估計性能。第i路誤差為：
(13)
[0033]由于各路信號之間的延遲量是相互獨立的，計算延遲估計量的梯度：
(14)
[0035]在公式（14)中，fi(k)為hi(k)關于乃的偏導數(shù)，其定義與公式(6)-致。最終可 以得到時延估計量& U)的更新公式：
(15 )
[0037]在JEIDE算法中，參考信號即為共同的目標信號，通過算法的迭代使得各路信號對 齊到某一未知的共同時延量上，因此要對這個共同的時延量進行約束，一個有效的約束方 式就是將所有路信號的時延對準到各路信號的平均時延上，即：
(16)
[0039]羅柏文等人對JEIDE算法的特性進行了推導。其時延估計的均值為：
(17)
[0041] 為了使算法能夠收斂，
_。對比公式（17)的JETDE算法時延估
計的均值與公式(8)的ETDE算法時延估計的均值可以看出 因此JETDE算法的收斂速度慢于ETDE算法。
[0042] 時延估計的方差為： (18)
[0044] 對比公式（18)的JETDE算法時延估計的方差與公式(9)的ETDE算法時延估計的方 差，可以看出，
，:因此 JETDE算法時延估計的方差小于ETDE算法時延估計的方差。
[0045] 在K.Mayyas等人發(fā)表的文章《An Lms adaptive algorithm with a new step-size control equation》中提出了基于最小加權系數(shù)的變步長最小均方(Variable Step Size Least Mean Square，KVSSLMS)算法，用以加速算法收斂，但是這種方法易受到噪聲干 擾影響。
[0046] 其步長迭代公式為：
[0047] q(n)= y n(n-l) + (1-y )e(n)e(n-l) (19)
[0048] p(n) = y p(n-l) + (1- y )e2(n)[XT(n)X(n)+8] (20)
(21 )

【發(fā)明內容】

[0050]本發(fā)明的目的在于提供一種快速自適應聯(lián)合時延估計方法，在JETDE算法的基礎 上通過建立步長與迭代次數(shù)的非線性關系，提出基于迭代次數(shù)變步長的聯(lián)合時延估計 (Iteration Variable Step Size Joint Explicit Time Delay Estimation，IVSS-JETDE)算法可以在快速收斂的情況下獲得更小的時延估計方差。
[0051 ]為了實現(xiàn)上述目的，發(fā)明提供了 一種快速自適應聯(lián)合時延估計方法，該方法包括 以下步驟：
[0052] 根據迭代的時延估計量，求取第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號；
[0053] 根據各路輸出信號，求取第k次迭代的合成參考信號；
[0054]根據第i路第k次迭代的濾波器輸出信號和合成參考信號，求取第i路信號第k次迭 代的誤差信號；
[0055] 計算誤差信號功率，其結果與門限值比較；
[0056] 當誤差信號功率小于門限值時，根據迭代次數(shù)，直接求取第k次迭代的步長；
[0057]當誤差信號功率大于門限值時，需要將當前迭代次數(shù)賦值給步長迭代公式中的起 始時刻，同時根據誤差信號功率的大小設定遞進步長和調整參數(shù)，再根據迭代次數(shù)，求取第 k次迭代的步長；
[0058]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；
[0059]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。
[0060]本發(fā)明提供的一種快速自適應聯(lián)合時延估計方法，在JETDE算法的基礎上通過建 立步長與迭代次數(shù)的非線性關系，可以在快速收斂的情況下獲得更小的時延估計方差。
【附圖說明】
[0061 ]圖1為本發(fā)明實施例提供的ETDE算法的系統(tǒng)框圖；
[0062]圖2為本發(fā)明實施例提供的JETDE算法的系統(tǒng)框圖；
[0063]圖3為本發(fā)明實施例提供的IVSS-JETDE算法步長因子y (n)變換曲線；
[0064]圖4為本發(fā)明實施例提供的IVSS-JETDE算法方法流程圖；
[0065]圖5為本發(fā)明實施例提供的IVSS-JETDE算法的系統(tǒng)框圖；
[0066]圖6為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計均值與 ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法時延估計均值的對比曲線圖；
[0067]圖7為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 ETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0068]圖8為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0069]圖9為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 KVSS-JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0070]圖10為本發(fā)明實施例提供當信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計均值與 ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法時延估計均值的對比曲線圖；
[0071]圖11為本發(fā)明實施例提供當信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 ETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0072]圖12為本發(fā)明實施例提供當信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0073]圖13為本發(fā)明實施例提供當信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 KVSS-JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0074]圖14為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤 能力與ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能力的對比曲線圖；
[0075]圖15為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能 力與ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能力的對比曲線圖。
【具體實施方式】
[0076]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步的詳細描述。
[0077]圖3為本發(fā)明實施例提供的IVSS-JETDE算法步長因子y(n)變換曲線。
[0078]為使步長因子取值滿足收斂條件，且在收斂時具有較小的穩(wěn)態(tài)方差，對步長因子 取值加以限定，因此IVSS-JETDE變步長迭代公式為：
(22)
[0080]其中，ymin是設定的步長因子最小值，y代表遞進步長，k是迭代次數(shù)，m是步長因子 改變的起始時刻，初始值為〇，M是根據不同情況設定的調整參數(shù)，控制y(k)隨k變化的快慢。 由上式可知y (k)隨k單調遞減，變化趨勢如圖3所示。
[0081 ] 當k起始時：
[0082] li(〇)^limin+li = limax (23)
[0083] 當k較大時：
[0084] ji(〇〇)^i]imin (24)
[0085] 基于IVSS-JETDE變步長迭代公式，得到基于迭代次數(shù)變步長的聯(lián)合時延估計 IVSS-JETDE算法延時估計量4 U)的更新公式：
(2:5)
[0087] IVSS-JETDE算法時延估計的均值為：
[0089] 為了使算法能夠收斂，
1由公式（23)可知，在算法起始階 段當y(k)~ymax>y時，對比公式(26)1￥55-兀10￡算法時延估計的均值與公式（17)的邛丁0已 算法時延估計的均值可以看出：
，因 此IVSS-JETDE算法的收斂速度快于JETDE算法。
[0090] IVSS-JETDE算法時延估計的方差為：
[0092] 由公式(24)可知，在算法趨于收斂后當y(m)~，對比公式（27)的1￥33_ J E T D E算法時延估計的方差與公式（1 8 )的J E T D E算法時延估計的方差，可以看出，
，因此I V S S - JETDE算法時延估計的方差小于JETDE算法時延估計的方差。
[0093] 為了使本發(fā)明算法具有信號時變跟蹤能力，步長因子隨迭代次數(shù)改變的同時，還 要對當前時刻各路誤差信號進行功率檢測，判斷輸入信號是否發(fā)生突變。誤差信號的功率 計算公式：
(28)
[0095]其中，Pe(k)是誤差信號的功率，2P+1代表濾波器階數(shù)，k是迭代次數(shù)，ei(j)是第i路 信號的誤差;將當前時刻的誤差信號功率與門限值x進行比較。當誤差信號功率小于門限值 時，利用公式(22)，直接求取第k次迭代的步長;當誤差信號功率大于門限值時，將當前時刻 迭代次數(shù)k賦值給公式(22)中的起始時刻m，同時根據誤差信號功率Pe(k)的大小重新設定 遞進步長y和調整參數(shù)M，再利用公式(22)，求取第k次迭代的步長。
[0096] 除時延估計的均值和方差外，計算復雜度也是影響其應用的重要因素。分析本發(fā) 明的計算復雜度，其中公式(22)中指數(shù)運算一般采用查表法實現(xiàn)，而對于公式(28)中的誤 差信號的功率，只需要計算 ei(k)，其他部分可以采用Pe(k-1)的結果。若設濾波器的階數(shù)為 2P+1，信號路數(shù)為N。不同延時估計算法一次迭代所需計算復雜度如表1所示，以ETDE和 JETDE參考文獻中實驗參數(shù)P = 10和N = 4為例，可知相比于已有方法，本發(fā)明的計算量增加 非常有限，因此便于硬件實現(xiàn)。
[0097] 表1不同時延估計算法一路信號每次迭代所需計算復雜度
[0099]圖4為本發(fā)明實施例提供的IVSS-JETDE算法流程圖。如圖4所示，該方法的實現(xiàn)包 括步驟101-106。
[0100] 步驟101，根據迭代的時延估計量，求取第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號。
[0101] 根據本次迭代的時延估計量利用公式(2)對濾波器系數(shù)h(k)做了約束；
(2)
[0103] 其中，濾波器的階數(shù)為2P+1，仏/()是第k次迭代的時延估計值；
[0104] 根據公式(10)接收信號^(1〇表示為：
[0105] xi(k) = s(k-Di)+m(k) (10)
[0106] 其中i = l，2，~N，N為信號路數(shù)，Di是第i路信號的時延量，各路之間相互獨立；
[0107] 根據濾波器系數(shù)h(k)和接收信號Xl(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yKk):
[0108] y.(k) - h' {k)!,{k) (11)
[0109] 其中濾波器hi(k)與公式(2)定義一致，Xi(k) = [Xi(k+P)，Xi(k+P_l)，…，Xi(k_P)]T 為輸入信號向量。
[0110] 步驟102,根據各路輸出信號，求取第k次迭代的合成參考信號；
[0111] 通過公式(12)計算所述第k次迭代的合成信號： (12 )
[0113] 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。
[0114] 步驟103,根據第i路第k次迭代的濾波器輸出信號和合成參考信號，求取第i路信 號第k次迭代的誤差信號；
[0115] 通過公式(13)計算第i路信號第k次迭代的誤差信號ei(k)為：
(13 )
[0117] 步驟104,計算誤差信號功率，其結果與門限值比較；
[0118] 通過公式(28)計算誤差信號功率的公式為：
(28 )
[0120] 其中，Pe(k)是誤差信號的功率，2P+1代表濾波器階數(shù)，k是迭代次數(shù)，ei(j)是第i路 信號的誤差，將當前時刻的誤差信號功率與門限值進行比較。
[0121] 步驟105,根據迭代次數(shù)，求取第k次迭代的步長，以及求取第i路信號第k+1次迭代 的時延估計量；
[0122] 當誤差信號功率小于門限值時，根據公式(22)，直接求取迭代的步長y(k);
[0123] 當誤差信號功率大于門限值時，將當前時刻迭代次數(shù)k賦值給公式(22)中的起始 時刻m，同時根據誤差信號功率Pe(k)的大小重新設定遞進步長y和調整參數(shù)M;
(22 )
[0125] 根據迭代次數(shù)，求取第k次迭代的步長y(k)。
[0126] 其中，ymin是設定的步長因子最小值，y代表遞進步長，k是迭代次數(shù)，m是步長因子 改變的起始時刻，初始值為〇，M是根據不同情況設定的調整參數(shù)，控制y(k)隨k變化的快慢； y(k)隨k單調遞減；
[0127] 將接收信號Xl(k)，第i路信號第k次迭代的誤差信號ei(k)和迭代的步長y(k)的計 算結果帶入IVSS-JETDE算法時延估計量的更新公式：
(25 )
[0129]其中， (6) (7)
[0132] 步驟106,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。
[0133] 通過公式(16)計算最終第i路信號第k+1次迭代的時延估計量+ 公式：
(16)
[0135] 本發(fā)明實施例在JETDE算法的基礎上通過建立步長與迭代次數(shù)的非線性關系，可 以在快速收斂的情況下獲得更小的時延估計方差。
[0136] 圖5為本發(fā)明實施例提供的IVSS-JETDE算法的系統(tǒng)框圖。與JETDE算法系統(tǒng)框圖的 主要區(qū)別在于增加了變步長計算單元。
[0137] 信號s(k)及各路信號的噪聲ru(k)均設為不相關零均值高斯白噪聲，其功率譜為 白的，信號s(k)的功率設為2.5 JTDE算法和JETDE算法的步長因子y = 0.002,根據參考文 獻，KVSS-JETDE算法調整參數(shù)y =0.98、5 = 0.025, IVSS-JETDE算法的步長因子知化二 0.0001、11 = 0.015，調整參數(shù)11 = 600。時延路數(shù)~ = 4，各路的時延值為-1、-2、-3和6個采樣 點，各路濾波器階數(shù)2P+1 = 21。
[0138] 當信噪比為10dB時：
[0139] 圖6為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計均值與 ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法時延估計均值的對比曲線圖。
[0140]如圖6所示的，四種自適應算法在10000個采樣點迭代仿真下的時延估計均值曲 線。從圖中可以看出，本發(fā)明提出的IVSS-JETDE算法收斂速度最快，只需要大約1000多個采 樣點迭代就能收斂。KVSS-JETDE算法和ETDE算法分別需要大約2000多個和3000多個采樣點 迭代能夠收斂，而JETDE算法則需要大約6000多個采樣點迭代才能夠較好的收斂。
[0141] 圖7為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 ETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖。
[0142] 圖7所示的是第0至10000次迭代的時延估計方差仿真結果。從圖中可以看出，當兩 種算法收斂后，IVSS-JETDE算法的時延估計方差明顯小于ETDE算法。
[0143] 圖8為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖。
[0144] 如圖8所示，當兩種算法收斂后，IVSS-JETDE算法的時延估計方差小于JETDE算法。
[0145] 圖9為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 KVSS-JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0146] 如圖9所示，當兩種算法收斂后，IVSS-JETDE算法的時延估計方差小于KVSS-JETDE 算法。
[0147] 圖10為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計均值與 ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法時延估計均值的對比曲線圖；
[0148] 當信噪比為OdB時，如圖10所示，本發(fā)明提出的IVSS-JETDE算法的收斂速度最快， 只需要大約1000多個采樣點迭代就能收斂，優(yōu)于其他三種算法。ETDE算法和KVSS-JETDE算 法則需要大約4000多個采樣點迭代才能夠較好的收斂。而JETDE算法在信噪比較低情況下， 需要大約6000多個采樣點迭代才能收斂。
[0149] 圖11為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 ETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖。
[0150] 當信噪比為OdB時，如圖11所示，當兩種算法收斂后，IVSS-JETDE算法的時延估計 方差明顯小于ETDE算法。
[0151] 圖12為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖。
[0152] 當信噪比為OdB時，如圖12所示，當兩種算法收斂后，IVSS-JETDE算法的時延估計 方差小于JETDE算法。
[0153] 圖13為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 KVSS-JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖。
[0154] 當信噪比為OdB時，如圖13所示，當兩種算法收斂后，IVSS-JETDE算法的時延估計 方差小于KVSS-JETDE算法。
[0155] 圖14為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤 能力與ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能力的對比曲線圖。
[0156]為了測試本發(fā)明算法的信號時變跟蹤能力，將輸入信號前20000次迭代的時延值 設為6個采樣點，后20000次迭代的時延值設為9個采樣點。為了減小時延估計方差，ETDE算 法和JETDE算法的步長因子y = 0.001，門限值x = 0.3，其他參數(shù)保持不變，當信噪比為10dB 時：
[0157] 如圖14所示，IVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能力優(yōu)于其他三種算法。
[0158] 圖15為本發(fā)明實施例提供的當信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能 力與ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能力的對比曲線圖。
[0159] 為了測試本發(fā)明算法的信號時變跟蹤能力，門限值x=l. 5,為了減少時延估計方 差，當誤差信號功率大于門限值時，重新設定遞進步長y = 〇.005,調整參數(shù)M=100,其他參 數(shù)保持不變，當信噪比為OdB時：
[0160] 如圖15所示，IVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能力優(yōu)于其他三種算法，由此可知， IVSS-JETDE算法在信噪比較低情況下依然具有較好的時變跟蹤能力。
[0161 ]結合以上實施例結果，可以看到IVSS-JETDE算法在時延估計均值、時延估計方差、 時變跟蹤能力以及算法復雜度方面的優(yōu)勢。
[0162]本發(fā)明實施例提供一種快速自適應聯(lián)合時延估計方法及裝置，在JETDE算法的基 礎上通過建立步長與迭代次數(shù)的非線性關系，提出了 IVSS-JETDE算法，可以在快速收斂的 情況下獲得更小的時延估計方差。這對以多通道信號合成為目的的算法而言，可以提高信 號的時延對準性能，從而提高多通道信號合成效率，而對于以到達時間差（Time Difference Of Arrival，TDOA)定位為目的的算法而言，可以減小定位方差。
[0163]以上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步 詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明 的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含 在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種快速自適應聯(lián)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(shù)，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+Ι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+Ι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/)(/〇,利用公式(2)對濾波器系數(shù)h(k)做了約束；C 2 ) 其中，濾波器的階數(shù)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^(10表示為： xi(k) = s(k-Di)+m(k) (10) 其中1 = 1，2，~1^為信號路數(shù)幾是第1路信號的時延量，各路之間相互獨立； 根據所述濾波器系數(shù)h(k)和接收信號Xl(k)，利用公式（11)求取第i路信號第k次迭代的 濾波器輸出信號又:仏）： *- ( 11 ) 其中濾波器系數(shù)hi(k)與公式⑵定義一致，xi(k) = [xi(k+P)，xi(k+P-l)，···，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：(12) 其中，yjk)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： (13 ) 其中，yjk)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PJk):(28) 其中，Pe(k)是誤差信號的功率，2P+1代表濾波器階數(shù)，k是迭代次數(shù)，ei(j)是第i路信號 的誤差;將當前時刻的誤差信號功率與門限值進行比較。6. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述當誤差信號功率小于門限值時，根據 迭代次數(shù)，求取第k次迭代的步長，步驟包括： 通過公式（22)計筧佚代的步長u(k):(22 ) 其中，ymin是設定的步長因子最小值，μ代表遞進步長，k是迭代次數(shù)，m是步長因子改變 的起始時刻，初始值為〇，M是根據不同情況設定的調整參數(shù)，控制μ(1〇隨k變化的快慢;μ(1〇 隨k單調遞減； 以及根據第k次迭代的步長求取第i路信號第k+Ι次迭代的時延估計量步驟包括： 將所述接收信號^(10,所述第i路信號第k次迭代的誤差信號ei(k)和迭代的步長μ(1〇 的計算結果帶入基于迭代次數(shù)變步長的聯(lián)合時延估計IVSS-JETDE算法時延估計量7. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將第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+Ι次迭代的時延估計量步驟包括： (16) 通過公式(16)計算最終第i路信號第k+1次迭代的時延估計量+ I):根據迭代次數(shù)，求取第k次迭代的步長μ(1〇。8.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； 當誤差信號功率大于門限值時，將當前時刻迭代次數(shù)k賦值給公式(22)中的起始時刻m，同 時根據彳呈荖隹縣的十/1、甫蘄沿由遞·?#步長μ和調整參數(shù)M; (22)
【文檔編號】G01S11/02GK105891810SQ201610354137
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】王雷歐, 王東輝
【申請人】中國科學院聲學研究所