一種遠(yuǎn)場和近場混合信號源的定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種遠(yuǎn)場和近場混合信號源的定位方法，利用斜投影算子，有效地從混合信號中分離出遠(yuǎn)場信號，得到僅包含近場信號信息的傳感器協(xié)方差矩陣，進(jìn)而計算出近場信號的一維方位信息，另外，對于斜投影算子的計算，提出了一種更有效的估計方法，并引入交替迭代過程來消除近場信源定位中出現(xiàn)的飽和現(xiàn)象，本發(fā)明降低了計算復(fù)雜度，方法簡單有效。
【專利說明】一種遠(yuǎn)場和近場混合信號源的定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陣列信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種遠(yuǎn)場和近場混合信號源的定位方法(LOFNS)。
【背景技術(shù)】
[0002]信源定位在雷達(dá)、聲納、無線通信等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，在一些實際應(yīng)用，如基于麥克風(fēng)陣列的話音定位問題中，輸入信號為遠(yuǎn)場和近場混合信號，需要分別估計出遠(yuǎn)場和近場信號的一維波達(dá)方向。盡管已經(jīng)有很多用于解決遠(yuǎn)場和近場混合信號源定位問題的方法被提出，如基于高階統(tǒng)計量的估計方法、基于矩陣差分的估計方法、基于二階統(tǒng)計量(SOS)的估計方法等。但都存在一定的缺陷和不足，基于高階統(tǒng)計量的估計方法需要較高的計算復(fù)雜度；基于矩陣差分的估計方法通過消除混合信號中的遠(yuǎn)場信號和噪聲，進(jìn)而估計出近場信號波達(dá)方向，此種方法受采樣次數(shù)的影響較大，僅在大采樣數(shù)據(jù)情況下較為有效；基于SOS的估計方法雖然計算復(fù)雜度較低，但是該方法依據(jù)主觀準(zhǔn)則來區(qū)分遠(yuǎn)場和近場信號類型，有一定主 觀性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種計算有效的遠(yuǎn)場和近場混合信號源的定位方法。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。
[0005]下文中，對于任意變量a, 表示該變量a的估計值。
[0006]利用消除噪聲后的混合信號估計遠(yuǎn)場信號的波達(dá)方向角，利用斜投影算子從消除噪聲后的混合信號中分離出遠(yuǎn)場信號，得到僅包含近場信號信息的協(xié)方差矩陣，根據(jù)僅包含近場信號信息的協(xié)方差矩陣估計出近場信號的波達(dá)方向角及距離，所述混合信號為入射到對稱均勻線陣上的K個非相干窄帶信號Isk(η) }，所述對稱均勻線陣包含2Μ+1個全向傳
感器陣元，M的取值范圍為M≥K，陣元間距為d，設(shè)前K1個入射信號彳％(/?)泛|為遠(yuǎn)場信號，遠(yuǎn)場信號的方位信息為,后K2個入射信號(續(xù).,I為近場信號，近場信號的方
位信息為?(/; A ，K = K^K2, Θ k表示第k個入射信號的波達(dá)方向角，所述波達(dá)方向角
為第k個入射信號相對于I軸的逆時針夾角，rk是第k個入射信號相對于坐標(biāo)原點的距離。
[0007]所述遠(yuǎn)場信號的波達(dá)方向角的估計方法包括以下步驟:
[0008]I)消除陣列協(xié)方差矩陣R中的噪聲部分，得到無噪?yún)f(xié)方差矩陣f ,將I分為兩部
分:
[0009]
M = [G, H ]；
K 2,If-h1-M
[0010]2)構(gòu)造代價函數(shù)[0011 ]
【權(quán)利要求】
1.一種遠(yuǎn)場和近場混合信號源的定位方法，其特征在于，包括以下步驟:利用消除噪聲后的混合信號估計遠(yuǎn)場信號的波達(dá)方向角，利用斜投影算子從消除噪聲后的混合信號中分離出遠(yuǎn)場信號，得到僅包含近場信號信息的協(xié)方差矩陣，根據(jù)僅包含近場信號信息的協(xié)方差矩陣估計出近場信號的波達(dá)方向角及距離，所述混合信號為入射到對稱均勻線陣上的K個非相干窄帶信號Isk(η)}，所述對稱均勻線陣包含2M+1個全向傳感器陣元，M的取值范圍為M≥K，陣元間距為d，設(shè)前K1個入射信號
2.如權(quán)利要求1所述一種遠(yuǎn)場和近場混合信號源的定位方法，其特征在于，所述遠(yuǎn)場信號的波達(dá)方向角的估計方法包括以下步驟: 1)消除陣列協(xié)方差矩陣R中的噪聲部分，得到無噪?yún)f(xié)方差矩陣Λ
3.如權(quán)利要求2所述一種遠(yuǎn)場和近場混合信號源的定位方法，其特征在于，所述步驟I)具體包括以下步驟: a、根據(jù)對稱均勻線陣接收的數(shù)據(jù)求得陣列協(xié)方差矩陣R的估計值:
4.如權(quán)利要求2所述一種遠(yuǎn)場和近場混合信號源的定位方法，其特征在于，所述近場信號的波達(dá)方向角及距離的估計方法包括以下步驟: .2.1)估計斜投影算子&5 .2.2)消除無噪?yún)f(xié)方差矩陣f中的遠(yuǎn)場信號，得到僅包含近場信號信息的協(xié)方差矩陣
5.如權(quán)利要求4所述一種遠(yuǎn)場和近場混合信號源的定位方法，其特征在于，所述步驟.2.1)中斜投影算子的估計方法包括以下步驟: a、構(gòu)造一個(2M+1)X (2M+1)矩陣:
6.如權(quán)利要求4所述一種遠(yuǎn)場和近場混合信號源的定位方法，其特征在于，所述步驟.2.3)具體包括以下步驟: 僅包含近場信號信息的協(xié)方差矩陣Rn的反對角元素rn(i)定義為
7.如權(quán)利要求4所述一種遠(yuǎn)場和近場混合信號源的定位方法，其特征在于，更新斜投影算子的方法為:
【文檔編號】G06F19/00GK103954931SQ201410174341
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】左煒亮, 辛景民, 楊紫堃, 鄭南寧 申請人:西安交通大學(xué)