[发明专利]欠采样的多阵列协同测频与直接定位方法

说明书

本发明属于电子信息技术领域，尤其涉及一种利用欠采样的多个阵列接收信号向量从混叠的频谱中测定目标信号的频率并对目标信号进行直接定位的方法。一种欠采样的多阵列协同测频与直接定位方法：首先进行初始化，然后由每个阵列的L帧、每帧连续N个采样的接收信号向量，确定阵列接收信号向量的样本自相关矩阵，并确定阵列的信号子空间，其次，利用所有阵列的信号子空间，确定位置网格点集合和频率网格点集合中位置网格点和每个频率网格点对应的空频谱的数值，最后，确定空间谱的最大值对应的位置网格点和频率网格点为目标信号的位置和频率。本发明利用多个阵列接收信号向量，在采样率低于奈奎斯特采样率的均匀采样情况下，不仅可快速的从混叠的频谱中恢复目标信号的频率，同时还可以对目标信号进行直接定位。

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，尤其涉及一种利用欠采样的多个阵列接收信号向量从混叠的频谱中测定目标信号的频率并对目标信号进行直接定位的方法。

背景技术

当前数字信号处理对宽带接收机数字化的要求使模数转换器的负担越来越重：随着所需采样率的提高，模数转换器和数字信号处理芯片的速度和性能都遇到了瓶颈，设计和制造变得越来越困难且价格昂贵。采用欠采样技术虽然能降低对模数转换器和数字信号处理芯片的速度要求，但随之而来的是由于频谱混叠效应而产生的频率估计模糊。现有公开的宽带频谱检测技术的发明专利主要基于压缩感知，例如：专利号为CN200910023639.0的发明专利公开了一种“基于并行压缩感知的宽带认知无线电频谱检测方法”，包括接收信号的压缩感知、信号的恢复、对重构的频域信号小波变换、计算原始信号与接收信号的均方误差并得到各子带频率的估计。该发明不仅可降低噪声和采样点随机性的影响，还能提高正确检测概率。但是基于压缩感知框架需要对信号随机采样，且信号波形恢复过程需要较大运算量，不利于工程实现。

现有的宽带频谱检测方法除了公开专利中采用的基于稀疏采样的压缩感知方法，学术论文中公开的还有频域能量检测法、滤波器组法、小波变换法、多子带联合检测法等，但这些方法均要求信号的采样系统为传统的奈奎斯特采样。而且，无论是基于稀疏采样的压缩感知方法，还是基于传统奈奎斯特采样的方法，都没有利用到多个阵列接收信号与目标信号位置之间的约束关系。通过多个阵列接收到目标信号，在采样率低于奈奎斯特采样率的均匀采样情况下，实现宽带频谱测定并能够同时估计目标信号位置的方法尚未有发明专利公开。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术中的欠采样要求随机采样因而对均匀采样不适用、且无法同时对目标信号直接定位的不足，利用多个阵列接收到的目标信号，在采样率低于奈奎斯特采样率的均匀采样情况下，从混叠的频谱中测定目标信号的频率，并同时对目标信号进行直接定位。

本发明的技术方案是：首先进行初始化，确定阵列数(M)、每个阵列的位置坐标、每个天线阵列的阵元数(P)、每个阵元的信号接收机扫频带宽(B)、对接收信号进行模数转换的采样率(fs)、目标信号个数(G)及其在欠采样后混叠的频谱上的频率，以及位置网格点集合和频率网格点集合；然后由每个阵列的L帧、每帧连续N个采样的接收信号向量，确定阵列接收信号向量的样本自相关矩阵，并确定阵列的信号子空间；其次，利用所有阵列的信号子空间，确定位置网格点集合和频率网格点集合中位置网格点和每个频率网格点对应的空频谱的数值；最后，确定空间谱的最大值对应的位置网格点和频率网格点为目标信号的位置和频率。

欠采样的多阵列协同测频与直接定位方法，具体步骤如下：

S1、初始化，

确定阵列数M和每个天线阵列的阵元数目P，

确定每个阵列的位置坐标表示实数域；

确定每个阵元的信号接收机是以扫频方式工作的，每次的扫频带宽为B，确定对接收信号进行模数转换的采样率为f_s，

确定目标信号个数G，

确定每一个目标信号在采样后频谱上的频率f_g，