[发明专利]对多途环境下的水声信道冲激响应函数进行估计的方法

说明书

本发明涉及一种对多途环境下的水声信道冲激响应函数进行估计的方法，利用施密特正交化策略对匹配追踪加以改进，使得求解过程每一步迭代都能使残差进行正交化的方向减小以避免冗余计算。本发明首次在匹配追踪迭代策略中引入施密特正交过程，通过将探针信号或训练序列构造卷积矩阵，再采用施密特正交对卷积矩阵进行匹配选择，把卷积矩阵每次匹配运算中匹配强度顺序排列构造出字典；利用求伪逆运算得到水声信道估计结果。从而获得时延和幅度衰减参数。

技术领域

本发明属于一种水声信道估计方法，涉及一种对多途环境下的水声信道冲激响应函数进行估计的方法，适用于海洋水下声通讯、海底地形、地貌勘察、海底参数反演等内容，属于水声学和水声信号处理领域。

背景技术

为去除多途影响，本发明采用接收信号和已知的探针信号进行周期性的训练，以估计水声信道冲激响应函数，包括时延和幅度衰减参数。目前利用周期性的训练模式对水声信道冲激响应函数进行估计的方法主要有匹配滤波法(Matching Filter,MF)、最小均方误差估计法(Least Square,LS)和匹配追踪法(Matching Pursuit,MP)。其中，匹配滤波法参见《Signal processing techniques for resolving individual pulses in amultipath signal》，该文1978年发表在《Journal of Acoustical Society of America》第63期，起始页码为1861；最小均方误差估计法参见《Least squares time-delayestimation for transient signals in a multipath environment》，该文1992年发表于《Journal of Acoustical Society of America》第92期，起始页码为210；匹配追踪法参见《Sparse channel estimation via matching pursuit with application toequalization》，该文2002年发表于《IEEE Transactions on Communications》第50期，起始页码为374。匹配滤波法利用接收信号与探针信号或训练序列之间的相关特性来计算信道的冲激响应函数。这种方法虽然计算结构简单，但缺点是估计精度不高，需要多路数据加以综合利用；同时，如果选取的接收信号或训练序列不够长，或是少于信道长度。匹配滤波法将无法进行有效估计。最小均方误差估计法基于时延和幅度衰减参数构造的最小均方误差作为代价函数，以输入输出关系误差最小化作为准则计算的水声信道冲激响应函数由于没有考虑信道的稀疏结构，导致出现虚拟路径，估计结果存在有较大误差；匹配追踪法基于匹配计算，并施加稀疏约束项，从而获得比前两种算法更好的估计结果，然而，该方法固有的冗余计算和对原子的冗余选择特性，导致估计结果提高程度有限。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种对多途环境下的水声信道冲激响应函数进行估计的方法，克服现有技术对水声信道估计精度不高等问题。

技术方案

一种对多途环境下的水声信道冲激响应函数进行估计的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：记发射信号为x(n)，接收信号为y(n)，水声信道冲激响应函数为h(n)，噪声为v(n)，则离散时间域的输入输出关系为：

步骤2：构造发射信号x(n)的卷积矩阵，为测量矩阵A：

其中，x(0)表示当前时刻的发送信号，x[L-M]表示第L-M时刻的发送信号；

输入输出关系的矩阵向量表达式：

y＝Ah+v；

步骤3：信道估计的目标函数为：