[发明专利]一种超分辨多径数量及时延联合估计方法

说明书

本发明提供一种超分辨多径数量及时延联合估计方法，包括：建立通用的多径接收信号离散时间系统模型；利用信号的频域变换，构造互谱函数以消除未知源信号波形的影响；对构造的互谱函数波形的超分辨显示进行谱峰搜索；根据互谱函数局部峰值确定多径相对时延及对应幅度值，重建潜在信号与互谱函数进行匹配对应；构造代价函数，通过最大似然估计对多径数量及相应的时延值进行联合估计，得出时间延迟值。本发明提供的超分辨多径数量及时延联合估计方法是一种源信号与多径数量未知的时延估计方法，通过消除源信号波形和干扰的影响，提出了一种新的互谱函数，利用互谱函数的超分辨显示提取时延参数信息，根据时延参数信息重建潜在信号与互谱函数相匹配。

技术领域

本发明涉及数字无线通信技术领域，具体而言，尤其涉及一种超分辨多径数量及时延联合估计方法。

背景技术

多径时延估计是雷达、声纳等无线通信领域中经常出现的问题。多径是指在信号的传输过程中不止只有发送端与接收端这一条直达路径，由于传播过程中建筑物的遮挡以及公路上移动车辆的反射等因素造成信号会有其他不同于直达路径的路线传播，即信号从发送端到接收端有多条路径传输，同理，在接收端接收到的信号就会有多个，多个接收信号会对实际接收的信号造成干扰，由于传输的信号都是同一信号，只是传播的路径有所不同，信号经过不同的路径传输，其所携带的能量也会有不同程度的衰减，相应的在接收信号中表现为幅度的减少。而且接收时每个路径到达接收站的时间有一个相对的时间差，这个相对的时间差就称为时延，为了能准确的得到传输信号的信息，需要求解出相对应的时延值及其衰减程度。

目前多径时延的估计方法有相关法，改进的MUSIC算法和相关熵的期望最大化算法等等。

相关法是在无线电定位中估计时延最经典的方法，原理较为简单，是根据源信号与时延信号做相关的匹配，只有当源信号移动位置是时延值时匹配度最大，相应也会出现一个最大的峰值，此方法是利用两个信号的相似匹配程度，所以源信号可以是未知的，但该方法不适用于超分辨的情况下，所谓超分辨，就是时延值小于码元周期，因为信号的码元周期有一个时间的持续，在此时间内，信号的相关是无法准确分辨出来的；

对比于相关法，改进的MUSIC算法和相关熵的期望最大化算法就优化很多，改进的MUSIC算法是利用信号可以变换成多个复指数正弦函数谐波叠加而成的复正弦信号，其形式与传统的MUSIC算法的波达信号形式一致，利用MUSIC算法的谱峰搜索得出时延值，但该方法的前提需要提前已知多径的数量或是能事前估计出时延的实际数量，信号的多径传播数量要提前预知，这在实际的工程应用中是存在很大的局限性的。

相关熵的期望最大化算法是用最大相关熵准则来代替期望最大化算法中最小均方误差准则，该方法则需要源信号已知，其迭代优化步骤需多径数量已知，也存在很大的局限性，对于现有的超分辨的多径时延估计，大多数都需要源信号已知或通过某种方法得到，再就是要求多径数量要已知，但在实际的工程应用中，因为不能准确的判断出信号经过了哪些物体的反射而产生了多径，因此信号由发送端到接收端的多径数量是不可提前预知的。

发明内容

根据上述提出的技术问题，提供一种超分辨多径数量及时延联合估计方法。本发明提出的超分辨多径数量及时延联合估计方法不需要已知源信号，而且多径的数量也不需要已知，这也符合实际情况，本发明立足于超分辨多径时延估计的实际情况，其研究成果可以丰富我国多径时延理论和技术，大幅度提升发射源的定位精度。

本发明采用的技术手段如下：

一种超分辨多径数量及时延联合估计方法，包括如下步骤：

S1、建立通用的多径接收信号离散时间系统模型；

S2、利用信号的频域变换，构造互谱函数以消除未知源信号波形的影响；

S3、对构造的互谱函数波形的超分辨显示进行谱峰搜索；

S4、根据互谱函数局部峰值确定多径相对时延及对应幅度值，重建潜在信号与互谱函数进行匹配对应；