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本發(fā)明涉及一種借助于組合式空間/延遲-距離/多普勒運動學模糊函數(shù)而能夠在電磁波或聲波的傳播信道涉及固定或移動發(fā)射器、傳感器和反射器時評估傳播信道脈沖響應的特定參數(shù)的方法，用于探測和確定發(fā)射器和反射器的位置和運動學參數(shù)。

這種方法用于電磁學和聲學很多領域，用于探測、傳輸、定位、導航中，以便改善對傳播介質(zhì)的認識，從而改善對有用信號的處理、無線電通信和廣播無線電網(wǎng)絡的工程設計、航空控制、海防控制等。

可以將其應用于實施本發(fā)明的接收系統(tǒng)的自我定位。

例如，將其用于電磁學或聲學中固定或移動的發(fā)射器、反射器和傳感器。

常規(guī)電磁學或聲學反射器的傳播、發(fā)聲、探測和定位測量系統(tǒng)時常是有源的，一般使用：

-利用定向天線(例如盤式反射器)的機械掃略或利用從相位和幅度加權(quán)傳感器陣列形成的射束的電子掃略，以及

-對于射束的每個瞄準位置(或空間小區(qū))：

○已知信號的發(fā)射，已知信號可以是連續(xù)的、脈沖的或已知脈沖串的形式，

○對于窄帶信號而言，基于在天線輸出處觀察到且在時間與頻率上發(fā)生偏移的信號與被發(fā)射信號的相關性，對于寬帶信號而言，基于在天線輸出處觀察到的延遲的、在頻率上發(fā)生偏移的、在時間和頻率上被壓縮的信號與被發(fā)射信號的相關性，對距離/速度模糊函數(shù)的計算，

-對于每個距離/多普勒小區(qū)

○針對給定誤報警概率的閾值設置，

○模糊函數(shù)與閾值的比較。

這種操作的主要特別特征是空間分析(射束掃略)和距離/速度或延遲/多普勒分析之間的解耦。無論射束中是否有發(fā)射器或反射器，這種解耦都需要針對每個射束位置系統(tǒng)實施距離/速度分析。

此外，瞄準射束隱含地預示著自由空間(沒有多路徑)中的傳播，對于電子掃略而言，需要控制天線方向圖(輻射元件和網(wǎng)絡的型號、傳感器陣列的校準等)。

而且，對于給定的空間/距離/多普勒小區(qū)而言，調(diào)節(jié)閾值需要事先基于無反射器的空間/距離/多普勒小區(qū)的觀測估計噪聲水平，這可能是難以實施的，且在計算上成本高昂。此外，在存在干擾時，必需要針對被掃略射束的每個位置在接收中插入通過空間濾波排除干擾的技術(shù)，于是變得抗干擾且相對于干擾魯棒。然而，由于被掃射束(在波長數(shù)量方面)具有與天線或網(wǎng)絡的孔徑成反比的一定角寬度，針對給定空間小區(qū)濾去干擾可能會伴隨著濾去相同這一小區(qū)中存在的反射回波。因此，必需要在處理操作中并入防止濾去待測量反射器的增強魯棒性的技術(shù)，代價是可能會損失濾去干擾的性能并增大實施的復雜性。

測量傳播或電磁或聲學探測的問題涉及到在一定期間0≤k≤K-1內(nèi)探測發(fā)射信號s(kTe)的存在并從被發(fā)射信號的知識和在傳感器上接收的信號的該矢量x(kTe)頻移偏移和平移版本的觀測估計信道矢量hs(涉及多傳感器接收并對應于自由空間中傳播的反射器或發(fā)射器位置的指引矢量)、延遲loTe(為簡單起見假設為取樣周期的倍數(shù)，但這決不是強制的或限制性的)和多普勒頻移Δfo＝mo/KTe(頻率分辨率為1/KTe，為簡單起見假設多普勒頻移是這個分辨率的倍數(shù))。

對于電磁學或聲學中的常規(guī)傳播測量或探測應用而言，常規(guī)接收器假設自由空間中的傳播，即并以對應于所用網(wǎng)絡形成的射束的波瓣寬度(通常是以“3dB”的波瓣寬度)分辨率逐個方向或逐個矢量s地掃描空間，其中hs是與反射器方向相關聯(lián)的信道的脈沖響應矢量，φs和s分別對應于發(fā)射器或反射器的相位和指引矢量。這定義了本領域的技術(shù)人員通常使用的空間小區(qū)的上述概念。此外，利用等于1/Be的分辨率估計延遲loTe，標稱地這是所發(fā)射信號的等價頻帶Be的倒數(shù)的函數(shù)(一般正比于該倒數(shù))，該倒數(shù)還定義了距離分辨率。這定義了上文所述并被本領域的技術(shù)人員通常使用的距離小區(qū)的概念。最后，多普勒頻移的估計分辨率是(通常正比于)個體觀測時間的倒數(shù)的函數(shù)，即所發(fā)射信號的時長KTe的倒數(shù)的函數(shù)。這定義了上文所述并被本領域的技術(shù)人員通常使用的多普勒小區(qū)的概念。

現(xiàn)有技術(shù)定義了不同的接收結(jié)構(gòu)。通常，最佳探測器的接收結(jié)構(gòu)取決于源自要探測的發(fā)射器和反射器的信號傳播信道上先驗可用的信息和總噪聲，總噪聲包括接收器的熱噪聲和潛在干擾[1]。電磁[2]或聲學[4]探測中使用的常規(guī)接收器通過射束的電子或機械掃略來掃描空間并實施位于距離/多普勒分析上游且與之解耦的空間分析，通常隱含地或明示地假設，針對射束的每個位置和掃描的每個距離/多普勒小區(qū)：

-在自由空間中傳播，

-掃描方向已知，

-總體高斯噪聲是圓形的且未知，

-相對于背景噪聲，源自發(fā)射器或反射器的信號是微弱的，

-源自發(fā)射器或反射器的信號相位未知。

僅在這些假設之下，這些接收器才是最佳的。本發(fā)明的目的是利用能夠至少克服上述系統(tǒng)缺點的接收結(jié)構(gòu)取代以上常規(guī)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)尤其在于實現(xiàn)空間分析的耦合，以及組合過程中的延遲-距離/多普勒-動力學分析。這種結(jié)構(gòu)實施延遲-距離空間變量的耦合/組合處理。應當指出，本發(fā)明的方法能夠確定脈沖響應的參數(shù)。這些參數(shù)例如是涉及無線電電場的空間、時間和頻率結(jié)構(gòu)(到達角分布、角度、時間和多普勒擴散等)的參數(shù)。這些參數(shù)也可以是地面上、空中等處的障礙物漫射的特征，甚至是漫射體的運動學參數(shù)。本發(fā)明涉及一種在包括N個傳感器的系統(tǒng)中探測和/或定位固定或移動的發(fā)射器和反射器的方法，傳感器接收源自固定或移動的所述發(fā)射器或反射器的信號，其特征在于至少包括以下步驟：

○通過耦合空間分析和延遲-距離/多普勒-運動學分析確定模糊函數(shù)，

○確定與對應于所發(fā)射信號的復包絡的已知信號s(kTe)和濾波器的輸出w(l，m)之間的相關對應的至少一個充分統(tǒng)計量其中l(wèi)是時域/延遲-距離假設的符號表示，且其中m是頻率/多普勒-運動學假設的符號表示，通過將針對假設(l，m)的參數(shù)的統(tǒng)計值與閾值比較確定假設(l，m)的參數(shù)值。

多普勒/運動學參數(shù)引用m作為變量的索引。應當指出，針對統(tǒng)計值針對信號s(kTe)和濾波器w(l，m)的以上表示是以形式的意義來解釋的：完全一般性地，參數(shù)l、K和m的每個都能夠代表與發(fā)射器、反射器、甚至傳感器(如果其自身是移動的)的位置和運動學量相關聯(lián)的若干變量。然而，對于窄帶信號以及小到注意確保減小發(fā)射器、反射器和傳感器位置和運動學變化的過程相干積分時間而言，回到上述簡化情況：將時域假設l簡化到關于延遲值的假設，將頻率假設m簡化到關于多普勒頻移值的假設，延遲值和多普勒頻移值分別對應于上述分辨率的倍數(shù)(整數(shù)或其他)。為了確保在大多數(shù)復雜情況下該方法有效，例如在傳感器、發(fā)射器或反射器的運動學性質(zhì)在實施中的信號相干積分時間期間誘發(fā)延遲或多普勒參數(shù)的不固定性時(例如與快速相關的不固定性)，l的定義不僅考慮到源自反射器的信號延遲，而且考慮到源自反射器的信號的一階參數(shù)，例如相對時域斜變(或延遲在積分時間上的導數(shù)，其自身取決于信號的時域包絡和作為本發(fā)明主題的處理操作的參數(shù)化)，不僅考慮到源自反射器的信號的多普勒頻移m，而且考慮到源自反射器的信號的一階參數(shù)，例如信號的多普勒斜變(或多普勒頻移在積分時間上的導數(shù)，其自身受限于信號的頻譜包絡和作為本發(fā)明主題的處理操作的參數(shù)化)。在更為復雜的情況下，可以使用二階相對角度、時域和多普勒參數(shù)以及對發(fā)射器、反射器或傳感器的運動學性質(zhì)建模的任何其他類型的變量。

在將l表示的時域參數(shù)簡化為延遲或距離的情況下，或在將m表示的運動學參數(shù)簡化為多普勒或相對速度時，該方法至少包括以下步驟：

對于每種延遲假設l和每種多普勒假設m：

-利用所發(fā)射的信號的K個已知樣本s(kTe)以及在頻率上偏移的K個觀測值xm((k+l)Te)＝x((k+l)Te)exp[-j2πm(k+l)/K]，0≤k≤K-1，估計矢量(5)，

-從頻率上偏移的所述K個觀測值xm((k+l)Te)＝x((k+l)Te)exp[-j2πm(k+l)/K]估計矩陣0≤k≤K-1；

-計算所述充分統(tǒng)計量

其中是由所述已知信號的平均功率的最小二乘方估計定義的，

-針對給定誤報警概率設置所述探測閾值，

-將所述統(tǒng)計值與所述固定閾值比較，如果超過所述閾值，要求探測距離/多普勒小區(qū)(l，m)中的發(fā)射器或反射器；

-從l估計所述發(fā)射器或反射器的相對延遲和距離，

-從m估計所述發(fā)射器或反射器的相對多普勒和速度；

-從由給出的源自所述發(fā)射器或反射器的信號天線上的指引矢量估計所述發(fā)射器或反射器的空間小區(qū)。

在更復雜的情況下，該方法例如包括以下步驟：

3A)將時域參數(shù)引入諸如由l符號表示的延遲-位置的定義、引入諸如由m符號表示的多普勒-運動學參數(shù)的頻率參數(shù)的定義，并引入每個假設l和m上的所述已知信號s的定義，信號的變化和變換由所述發(fā)射器、接收器或反射器的運動引起，由傳播信道的波動引起，這取決于延遲-位置假設、相對多普勒-速度假設、處理積分時間、信號的等價帶寬、當在處理積分時間期間信號是脈沖式時的信號的等價時長及其周期、延遲隨這一時間的波動、多普勒效應隨這一時間的波動，

3B)根據(jù)由l符號表示的時域假設和由m符號表示的頻率假設使用從s的變換獲得的信號sl，m。

對于信號受到高于擾的發(fā)射器或反射器的探測而言，該方法使用信號x’m((k+l)Te)和仿樣而不是輸入信號xm((k+l)Te和原始仿樣，信號x’m((k+l)Te))是從信號xm((k+l)Te)獲得的，仿樣是借助于涉及增強空時濾波器的操作從變換的仿樣sl，m獲得的，所述操作如下：

6A)對于每個干擾發(fā)射器：

通過使準則最小化估計從發(fā)射器到接收器的傳播濾波器的脈沖響應gint，仿樣Sint＝(sint((l0+l)Te)，sint((l0+l+1)Te)，...，sint((l0+l+L-1)Te))T或Sint，m，l”＝(sintm，l”((l0+l)Te)，sintm，l”((l0+l+1)Te)，...，sintm，l”((l0+l+L-1)Te))T是通過原始干擾信號的總先驗知識，或通過原始干擾信號的部分先驗知識，或借助本領域技術(shù)人員已知的任何方式通過原始干擾信號的解調(diào)/均等獲得的，并可能被轉(zhuǎn)換成Sint，m，l

6B)對于固定的或運動學已知且根據(jù)它們的頻率和時間穩(wěn)定性選擇的一個或多個干擾發(fā)射器而言，

向仿樣Sint中引入不同的頻率假設，并采用仿樣中存在的重現(xiàn)，以便在大的積分長度K上精確估計相對于干擾發(fā)射器的頻率和時間偏離，針對用于接收和取樣用于實施本發(fā)明的信號的系統(tǒng)的混頻器和時鐘的本地振蕩器估計相對于干擾發(fā)射器的漂移。

在步驟6B期間，該方法例如包括以下步驟：

更新與干擾發(fā)射器相關聯(lián)的傳播濾波器gint(步驟6A)，以及

6C/對于每個干擾發(fā)射器，

由與其關聯(lián)的傳播濾波器gint執(zhí)行原始sint或變換的sintm，l干擾信號的卷積，從總的所接收信號減去這一操作獲得的信號，

6D/補償頻率和時間漂移是

-在前面操作之后從xm((k+l)Te)獲得的信號，以便產(chǎn)生信號x’m((k+l)Te)，s然后保持不變(s’＝s)

-或者在該方法中使用的仿樣信號，s于是可以變?yōu)閟’、sm，l可以變?yōu)閟m，l’

6E/以x’m和s’實施上述步驟

6F/以x’m和sm，l’實施上述步驟。

使用觀測矢量例如觀測矢量由觀測矢量及其共軛復數(shù)構(gòu)成，且從而非xm((k+l)Te)實施上述步驟。

例如，也可能利用經(jīng)由僅噪聲參考樣本獲得的擴展總僅噪聲矩陣而非擴展觀測相關矩陣的估計來執(zhí)行總僅噪聲參考和上述步驟，其中

由于對于直線發(fā)射信號和可能非圓干擾而言，反射器的指引矢量是已知的，因此該方法的特征在于其至少包括以下步驟：

計算充分統(tǒng)計量

構(gòu)造矩陣

$M\underset{‾}{\Delta }\left(\begin{array}{cc}s& 0\\ 0& s^{*}\end{array}\right)---\left(21\right)$

構(gòu)造統(tǒng)計量

針對給定誤報警概率設置探測閾值，

將統(tǒng)計值與閾值比較，如果超過閾值，則探測空間小區(qū)s和距離/多普勒小區(qū)(l，m)中的發(fā)射器或反射器，

從l估計發(fā)射器或反射器的相對延遲和距離，

從m估計發(fā)射器或反射器的相對多普勒和速度/運動學性質(zhì)，

從s估計發(fā)射器或反射器的角位置。本發(fā)明還涉及一種包括適于執(zhí)行本發(fā)明方法的步驟的諸如處理器的模塊的裝置。

作為本發(fā)明主題的空間/延遲-距離/多普勒-運動學耦合使得能夠直接訪問發(fā)射器和反射器的位置而無需掃描所有空間，因此無需掃描沒有發(fā)射器和反射器的方向。這樣能夠放寬對傳感器網(wǎng)絡模式的控制的限制(例如，對于輻射元件之間的耦合而言，校準不再是必要的)，完美地適合于多路徑傳播。最后，明智的耦合不僅允許獨立于輸入處存在的噪聲水平進行閾值設置，而且允許相對于干擾進行固有保護，而沒有拒絕對測量有用的信號的風險，且無需插入處理操作以提高魯棒性。

閱讀通過例示而非限制方式給出的簡化示范性實施例的以下描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點和特征將變得更明顯，附圖提供了：

○圖1，根據(jù)本發(fā)明的空間/延遲-距離/多普勒-運動學模糊函數(shù)的工作原理圖，在這種非限制性簡化情況下將多普勒-運動學參數(shù)簡化成直接鏈接到發(fā)射器或反射器的相對速率的多普勒參數(shù)。

○圖2，考慮干擾的方法的示范性實施，

○圖3，空間/延遲-距離/多普勒-運動學模糊函數(shù)的非圓擴展的工作原理圖，在這種非限制性簡化情況下將多普勒-運動學參數(shù)簡化成直接鏈接到發(fā)射器或反射器的相對速率的多普勒參數(shù)，以及

○圖4，在s已知時的空間/延遲-距離/多普勒-運動學模糊函數(shù)的工作原理圖，在這種非限制性簡化情況下將多普勒-運動學參數(shù)簡化成直接鏈接到發(fā)射器或反射器的相對速率的多普勒參數(shù)。

考慮具有N個窄帶(NB)數(shù)字傳感器Ci的天線，數(shù)字傳感器從源自已知時機的電磁或聲發(fā)射系統(tǒng)的連續(xù)、脈沖或重復脈沖信號的發(fā)射器或反射器接收貢獻(非限制性范例：預先解調(diào)的通信發(fā)射器，或其信號的特定部分是先驗已知的-同步詞和代碼-信道發(fā)聲器的發(fā)射部分)，向其添加由干擾和背景噪聲構(gòu)成的總噪聲。給定這些假設，假設在傳感器Ci輸出處采樣和觀測到的信號的復包絡的矢量x(kTe)由下式給出：

x(kTe)≈s((k-lo)Te)exp[j2πmo(k-lo)/K]hs+bT(kTe)???????(1)

其中Te是數(shù)字傳感器的采樣周期，s(t)是所發(fā)射信號的復包絡，為接收器所知并是KTe的時長，bT(kTe)是采樣的總噪聲矢量，不與源自反射器的信號相關，hs是與源自反射器的信號相關聯(lián)的信道的脈沖響應矢量，loTe是源自反射器的信號的傳輸延遲，具體而言包含關于反射器、使用的發(fā)射系統(tǒng)和傳感器之間的距離的信息、為簡單起見假設等于多個Te的延遲，作為非限制性范例給出的假設，Δfo＝mo/KTe是反射器(可能是移動的)導致的多普勒頻移，為簡單起見假設等于處理操作KTe的積分時間倒數(shù)的倍數(shù)，作為非限制性范例給出的假設，其包含反射器相對于發(fā)射系統(tǒng)和所用傳感器位置的相對速度的信息。嚴格來說，模型(1)表示對于例如自由空間中傳播出現(xiàn)的沒有時域擴散的傳播信道(衛(wèi)星電信、空中無線電通信等)或具有信號衰落的信道，對于具有信號衰落的信道而言，信道的相干頻帶大于信號的帶寬，更多地稱為術(shù)語“平坦衰落”，這影響到城區(qū)中的特定無線電通信或探測環(huán)境。具體而言，對于自由空間中的傳播，其中φs和s分別對應于源自發(fā)射器或反射器的信號的相位和指引矢量。模型(1)還表示，將發(fā)射器或反射器的時域和頻率參數(shù)簡化為延遲和多普勒頻移，僅僅對于特定運動學性質(zhì)(勻速直線運動以及相對于過程的相干積分時間的有限速度)的發(fā)射器或反射器，本說明書才是嚴格完整的。

然而，該方法還適用于時域上擴散的信道。在這些狀況下，(1)的有用部分實際上對應于源自發(fā)射器或反射器的信號的路徑或傳播模式的貢獻，其他路徑集成在總噪聲矢量中。

此外，如前面強調(diào)的，該方法還適用于表現(xiàn)出的運動學性質(zhì)比均勻且相對于過程積分時間而言速度有限的直線運動更復雜的發(fā)射器、反射器或傳感器。在這些狀況下，(1)的有用部分實際上對應于經(jīng)歷了這種運動學性質(zhì)誘發(fā)的變形的信號的貢獻以及必需要考慮與如前所述的一階參數(shù)(1階)互補的有用信號的觀測值(例如時域斜變和多普勒斜變)，以便報告高的相對速度或運動，這時在作為本發(fā)明主題的過程相干積分階段期間發(fā)射器、反射器或傳感器的加速度有限；甚至與二階參數(shù)(2階)互補，以便報告作為本發(fā)明主題的過程的相干積分期間發(fā)射器、反射器或傳感器的顯著加速/減速階段；最后在將該方法應用于通過這種方式通過s的變換獲得的信號sl，m之前對l表示的時域假設和m表示的頻率假設誘發(fā)的信號s的變形進行建模。注意，上述參數(shù)列表不是限制性的，可以引入其他參數(shù)以對發(fā)射系統(tǒng)、傳感器或反射器的運動對源自后者的信號的影響建模。

二階觀測統(tǒng)計量

在前述假設的條件下，在說明書下文中考慮的二階統(tǒng)計量對應于在下式定義的傳感器輸出x(kTe)處采樣和觀測的信號復包絡矢量的第一相關矩陣：

這通常取決于時間，因為所發(fā)射信號可能是不固定的(例如，用于通信信號的數(shù)字調(diào)制......)。在以上表達中，代表共軛轉(zhuǎn)置，是矢量bT(kTe)的第一相關矩陣，是將由用于自由空間傳播的全向傳感器接收的源自發(fā)射器或反射器的信號的瞬時功率。

例如，在包括幾個接收天線C1、……CN和處理器P的接收器中實施下文所述的各實施例，處理器被編程控制來執(zhí)行各步驟。結(jié)合圖1、2、3和4給出各示范性實施例。

本發(fā)明的方法尤其依賴于在組合過程中利用空間分析和延遲-距離/多普勒-運動學分析的耦合來確定模糊函數(shù)。

本發(fā)明的示范性實施例

圖1所示的本發(fā)明方法的第一變體實施例包括：找到時域/延遲-距離假設和頻率/多普勒-運動學假設從而從觀測矢量xm((k+l)Te)＝x((k+l)Te)exp[-j2πm(k+l)/K](0≤k≤K-1)最佳地探測到已知樣本s(kTe)，0≤k≤K-1，假設R(k)和hs是未知的，并且對傳播信道和源自發(fā)射器或反射器的信號電平不做假設。

一種方法包括：找到和使得從最小二乘方的意義上，從對觀測值xm((k+l)Te)(0≤k≤K-1)的線性濾波操作最佳地估計已知樣本s(kTe)，0≤k≤K-1。換言之，該方法試圖找到使最小二乘方基準最小化的和

其中圖1中引用的是使準則(3)最小化且由下式定義的空間濾波器

$\hat{w}(l,m)\underset{‾}{\Delta }{\hat{R}}_{x_m}{\left(l{T}_e\right)}^{-1}{\hat{r}}_{x_{m}s}\left(l{T}_e\right)---\left(4\right)$

其中矢量和矩陣由下式給出

${\hat{r}}_{x_{m}s}\left(l{T}_e\right)\underset{‾}{\Delta }\frac{1}{K}\underset{k=0}{\overset{K-1}{\Sigma }}{x}_m\left((k+l)T_e\right)s{\left(k{T}_e\right)}^{*}---\left(5\right)$

將(4)、(5)和(6)代入(3)，由下式給出最小二乘方準則的新表達：

$\widehat{ϵ}(l,m,K)={\hat{\pi }}_S[1-\hat{C}(l,m,K)]---\left(7\right)$

其中圖1中標示為4的使得由下式給出：

且由下式定義：

${\hat{\pi }}_S=\left[\frac{1}{K}\underset{k=0}{\overset{K-1}{\Sigma }}{\left|s\left(k{T}_e\right)\right|}^2\right]---\left(9\right)$

從(7)導出，和分別是使(8)給出的充分統(tǒng)計量最大化的參數(shù)l和m。

在實踐中，為探測閾值設置值β(圖1中的5)，使得在沒有源自發(fā)射器或反射器的信號時超過該閾值的統(tǒng)計量(8)等于被稱為誤報警概率(FAP)的特定值。因此，如果統(tǒng)計量(8)超過對(l，m)的閾值β，針對距離小區(qū)l和多普勒小區(qū)m探測發(fā)射器或反射器。

該接收器不要求對傳播信道、干擾或所發(fā)射信號做任何假設，因為后者是部分或全部已知的(例如，在完成在先解調(diào)時)。該接收器不要求掃略空間。此外，它獨立于觀測矢量的功率，這意味著探測閾值獨立于輸入處存在的噪聲水平，因為在K大于幾個單位或幾十單位時，統(tǒng)計量概率定律大致遵循高斯定律且不再受到干擾定律的影響(無論它們的水平如何)。

類似性比率方面的最佳性條件

從最佳探測時刻loTe和最佳多普勒頻移Δfo＝mo/KTe開始，并假設具有兩個假設H0和H1的情形，H0：僅在xmo((k+lo)Te)中存在總噪聲，H1：在xmo((k+lo)Te)中存在總噪聲和有用信號，可以如下表達：

H1：xmo((k+lo)Te)≈s(kTe)hs+bTmo((k+lo)Te)??????(10a)

H0：xmo((k+lo)Te)≈bTmo((k+lo)Te)???????????????(10b)

其中bTmo((k+lo)Te)＝bT((k+lo)Te)exp[-j2πmo(k+lo)/K]，

在這一環(huán)境下，根據(jù)探測的統(tǒng)計理論(Neyman?Pearson之后)[1]，基于所發(fā)射信號期間的觀測值xmo((k+lo)Te)探測源自發(fā)射器或反射器的信號s(kTe)的最佳策略包括：將類似性比率(RV)，L(x)(lo，mo)與閾值進行比較，類似性比率被定義為：

$L\left(x\right)(l_o,m_o)\underset{‾}{\Delta }\frac{p[x_{\mathrm{mo}}\left((k+l_o)T_e\right),0\le k\le K-1,/H1]}{p[x_{\mathrm{mo}}\left((k+l_o)T_e\right),0\le k\le K-1,/H0]}---\left(11\right)$

其中p[xmo((k+lo)Te)，0≤k≤K-1/Hi](i＝0，1)是在假設Hi的條件下，矢量[xmo(loTe)T，xmo((1+lo)Te)T，...，xmo((K+lo-1)Te)T]T的條件概率密度。然后能夠表明，如果符合以下條件，在一般化類似性比率的意義上，由(8)表征的接收器是對源自發(fā)射器或反射器的信號進行最佳探測的問題的充分統(tǒng)計量：

A1：樣本bTmo((k+lo)Te)彼此不相關，0≤k≤K-1；

A2：矩陣R((k+lo)Te)不取決于k，

A3：矩陣R((k+lo)Te)未知，

A4：矢量hs未知，

A5：矢量bTmo((k+lo)Te)是高斯型的，0≤k≤K-1

A6：矢量bTmo((k+lo)Te)在二階是圓形的，0≤k≤K-1

統(tǒng)計量(8)還可以被寫成標示為4的形式：

$\hat{C}(l,m,K)=(1/K{\hat{\pi }}_S)\underset{k=0}{\overset{K-1}{\Sigma }}{y}_m\left((k+l)T_e\right)s{\left(k{T}_e\right)}^{*}---\left(12\right)$

其中是用于觀測矢量xm((k+l)Te)的濾波器的輸出。于是，從(12)導出，在歸一化因子之內(nèi)，充分統(tǒng)計量，4對應于已知信號s(kTe)和濾波器的輸出ym((k+l)Te)之間的相關3的結(jié)果，如圖3所示。

在最小二乘方的意義上，濾波器是在K→∞時獲得的在K個觀測矢量上對濾波器的估計，其使得s(kTe)和輸出之間的平均二次誤差在無限觀測時界上的時域平均最小化，其中

且其中<.>是在無限觀測時界上以k為單位的時域平均操作。只要l和m分別與lo和mo保持遠離，濾波器w(l，m)就保持接近零，這樣產(chǎn)生也接近零的統(tǒng)計值由于所發(fā)射信號的時長有限，在估計噪聲之內(nèi)。在l和m分別接近lo和mo時，增大并在l＝lo和m＝mo時達到其最大值。在這種情況下，所發(fā)射信號s(kTe)和觀測矢量xmo((k+lo)Te)的有用部分同相，假設總噪聲和所發(fā)射信號之間統(tǒng)計獨立，濾波器w(lo，mo)對應于以下空間適配濾波器(SAF)：

即，對應于使輸出處的信號與干擾加噪聲比(SINR)最大化的空間濾波器，其中

因此，C(lo，mo，K)被寫為：

其中SINRy是在SAF，w(lo，mo)的輸出處的SINR，被定義為：

函數(shù)C(lo，mo，K)是SINRy的遞增函數(shù)，在輸出SINRy處信號與干擾加噪聲比值高時接近一。只要干擾的數(shù)量保持小于傳感器的數(shù)量，SAF(13)就拒絕干擾，同時使輸出處的信噪比(SNR)最大化。在這些條件下，所發(fā)射信號和SAF估計的輸出之間的相關操作從有限數(shù)量的樣本K產(chǎn)生最大相關，樣本K的最小值因此應當在輸出處的SINR減小時增大。

于是，對于每個被掃描距離/多普勒小區(qū)而言，計算關聯(lián)的SAF使得能夠使竊聽路徑輸出處的SINR最大化，而對于常規(guī)接收器而言，空間濾波器對于同一個空間小區(qū)的所有距離/多普勒小區(qū)都是恒定的。

說明

時域假設或提供探測的距離小區(qū)給出關于從發(fā)射器到接收器的相對延遲/距離(如果發(fā)射器上有同步信息可用，也關于絕對延遲/距離)的信息或關于反射器相對于發(fā)射器和接收器的距離的信息。

頻率假設或提供探測的多普勒小區(qū)給出關于發(fā)射器相對于接收器的相對速度或反射器相對于發(fā)射器和接收器的位置和運動的速度的信息。

與探測相關聯(lián)的空間小區(qū)被定義為能夠想象提供探測以及對發(fā)射器和反射器的同時表征，而對它們的位置沒有先驗了解，且沒有空間掃略。

提出的處理操作并非唯一針對使用固定或旋轉(zhuǎn)定向天線，無論是在被操作發(fā)射系統(tǒng)的水平還是在作為本發(fā)明主題的傳感器和方法的水平上，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)逐扇區(qū)地搜索并針對噪聲(改善靈敏度)提供額外的天線增益和對干擾的補充空間濾波。

即使發(fā)射系統(tǒng)甚至在同一頻帶中同時發(fā)射不同信號(例如“彩色”發(fā)射)，也可以想到本發(fā)明提出的處理。

對該方法進行空時擴展以在存在干擾和多傳播路徑且存在接收系統(tǒng)故障時改善性能

在有大量干擾時，例如在存在源自與多個傳播路徑相關聯(lián)的多個發(fā)射器的信號的情況下，要處理的信號源自反射器時，或者在使用的接收系統(tǒng)呈現(xiàn)出一定的不穩(wěn)定或靈敏度降低故障時，能夠增加該方法中自由度的數(shù)量，因此改善其分離能力、其區(qū)分低速發(fā)射器和反射器的能力以及其靈敏度。上文所述的步驟使用對所接收總信號的時域預過濾，對于每個干擾發(fā)射器，所述步驟包括評估干擾發(fā)射器的總體貢獻-這種貢獻源自由干擾源、由與其相關聯(lián)的傳播濾波器發(fā)射的信號的卷積，這種信號和這種濾波器是預先估計的-，然后，從輸入信號減去干擾發(fā)射器導致的總貢獻。在下文中通過例示和非限制性方式給出了簡化的示范性實施例，附圖2表示與作為本擴展主題的空時預濾波相關聯(lián)的前面所述的一般方法的實施。

例如，強干擾對應于值比要探測的接收器大10到40dB的干擾。

為了對信號進行預過濾，必需要估計干擾源發(fā)射的信號sint(kTe)以及與其相關聯(lián)的信號傳播信道gint(lTe)。圖2示出了sint的不同構(gòu)造可能。

為此，根據(jù)以下情況可以實施不同方法：

●在干擾源例如是(以非限制性方式)信道發(fā)聲器、預先調(diào)制的無線電通信或無線電廣播發(fā)射器、雷達或有源聲納時，在原來發(fā)射的干擾信號sint完全已知時：

●從干擾發(fā)射器向接收器傳播信號誘發(fā)該方法通過本領域的技術(shù)人員已知的任何估計方法評估濾波器，例如(以非限制性方式)，方式是搜索在時刻l0使下面的時域最小二乘方準則最小化的傳播濾波器gint＝(gint1，gint2，...，gintL)的系數(shù)gint0＝gint(l0Te)，gint1＝gint((l0+1).Te)，...，gintL＝gint((l0+L).Te)，根據(jù)在適當選擇的天線上所取的信號x并根據(jù)在L個時域樣本上所取的仿樣Sint＝(sint((lo+l)Te)，sint((l0+l+1)Te)，...，sint((l0+l+L-1)Te))T評估所述系數(shù)。

適當恢復的濾波器的脈沖響應gint包含從發(fā)射器到接收器的所有傳播路徑。

在部分知道原始發(fā)射的干擾信號sint時，在干擾源例如是標準化的或已知技術(shù)規(guī)范主題的通信發(fā)射器時：通過本領域的技術(shù)人員已知的方法估計用于接收到的干擾信號的平衡濾波器；如果存在信號中先驗已知的序列，通過對該序列進行時間和頻率同步，并應用本領域技術(shù)人員已知的估計gint的任何方法，例如(非限制性方式)使全部或部分工作于源自發(fā)射器的信號Sint的已知部分的先前準則最小化；或者如果存在信號中先驗已知的序列，通過對該序列進行時間和頻率同步，然后對整個干擾信號sint進行解調(diào)/均衡，并應用本領域技術(shù)人員已知的估計gint的任何方法，例如(非限制性方式)通過使用所恢復干擾信號sint的部分來使先前準則最小化；或者，最后通過盲符號同步技術(shù)、涉及所接收信號x的載波恢復/解調(diào)/均等并利用源自干擾源sint的信號上的可用先驗知識以恢復之，然后應用本領域技術(shù)人員已知的估計gint的任何方法，例如(非限制性方式)通過使用所恢復干擾信號sint的部分來使先前準則最小化。

注意，原則上，將前述步驟的不管哪一個應用于在例如專用于對前向信號解調(diào)(這是圖2的非限制性范例)的適當選擇的特定天線上接收的信號x，或在天線網(wǎng)絡上接收的信號，可能與用于將該方法用于有用信號的信號相同：在這種情況下，通過針對x((l0+l)Te)，gint1和sint((l0+l)Te)，考慮到維度為N×1的信號矢量(N為天線數(shù)量)并考慮N維復矢量的空間中的矢量范數(shù)，要最小化的準則的前述表達在形式上保持相同。在這種情況下，獲得干擾源和傳感器之間的傳播信道的脈沖響應的空時(不再僅僅是時間)估計。

從前述步驟中的一個或其他步驟，除了源自干擾源sint(kTe)的信號之外，還導出干擾發(fā)射器和接收器之間的傳播濾波器gint。

此外，通過將多普勒假設引入仿樣sint并將信號sint的重復和重現(xiàn)作為基準，能夠精確地估計振蕩器、混頻器和傳感器時鐘的相對漂移。

步驟6B)在所選的干擾發(fā)射器是固定的，或位置和運動學性質(zhì)已知且比傳感器更穩(wěn)定時，在應用作為本發(fā)明主題的方法時使用估計的漂移以增加積分時間(即增大參數(shù)K)，因此改善該方法的靈敏度、其多普勒分辨率以及其區(qū)分低速反射器或發(fā)射器的能力。最后，將該方法的這種擴展重復到幾個干擾發(fā)射器能夠在下文所述的信號校正之前進一步細化估計。

步驟6C)通過發(fā)射器-接收器傳播濾波器的前述估計gint對來自干擾發(fā)射器的信號sint進行卷積，然后從天線上接收的總信號減去這種操作得到的貢獻或結(jié)果，對有用信號、天線網(wǎng)絡上的總信號分量進行預過濾。通過這種方式，通過(時域)處理消除了干擾發(fā)射器(前向路徑+多路徑)造成的能量貢獻的大部分，在這種預過濾獲得的信號中大大增強了源自發(fā)射器或反射器的有用信號的信號干擾比和相對貢獻。在完成這種預過濾時，然后將本發(fā)明的方法應用于從輸入信號x獲得的信號x’，因此提高了總靈敏度和總體性能水平。

步驟6D)通過估計并補償接收器中的時鐘漂移和本地振蕩器漂移，通過這種擴展還大大增大了在實施該方法時能夠使用的樣本數(shù)量的值K，因此增大了多普勒分辨率、區(qū)分低速反射器的能力以及該方法的處理增益和靈敏度。

在總噪聲非圓時擴展該方法

圖3示出了另一示范性實施例，在干擾呈現(xiàn)出非圓性質(zhì)時，在前述方法的擴展時實施的步驟利用了這種性質(zhì)。盡管所發(fā)射信號具有非圓性質(zhì)，也可以想到使用這種接收器。最好的情況對應于所發(fā)射信號是直線性的，換言之其復包絡s(kTe)具有實數(shù)值的情況。尤其對于調(diào)幅(AM、ASK)或2狀態(tài)調(diào)相(BPSK)發(fā)射信號就是這種情況。在這些狀況下，利用如下定義的統(tǒng)計量(圖3中的10)替換充分統(tǒng)計量(8)是有利的：

其中且其中和是由(5)和(6)定義的，其中xm((k+l)Te)被(圖3中的6)替換，圖3為充分統(tǒng)計量(16)的工作原理圖。

將統(tǒng)計量(17)擴展到所發(fā)射信號，在退旋預處理之后，所發(fā)射信號變?yōu)?a href='/zhuanli/list-20621-1.html' target='_blank'>準直線性的。尤其對于π/2-BPSK或OQPSK型的所發(fā)射信號，甚至特定的連續(xù)相調(diào)制(CPM)，即調(diào)頻的且具有連續(xù)相，例如MSK和GMSK信號而言，就是這種情況。在這些狀況下，必需要實施充分統(tǒng)計量(17)，但要通過用L個時域去旋的空時矢量替換空間矢量來實施：

如果L為奇數(shù)，以及如果L為偶數(shù)，

其中且T是所發(fā)射信號的符號時間。

在已知或假設反射器的指引矢量時擴展該方法

標稱擴展

在傳播發(fā)生于自由空間中時，有用信道矢量hs被表達為其中φs和s分別對應于源自發(fā)射器或反射器的信號的相位和指引矢量。在考慮空間的空間掃略時(對于常規(guī)探測結(jié)構(gòu)就是這種情況)，可以認為在掃描發(fā)射器或反射器的空間小區(qū)時矢量s是已知的。在這些狀況下，采取假設A1到A6，但用單個未知相位φs的假設A4’替換假設A4，常規(guī)的探測結(jié)構(gòu)僅對源自低功率發(fā)射器或反射器的信號而言證明是理想的，對于源自大功率發(fā)射器或反射器的信號變?yōu)椴荒敲蠢硐?。在這些狀況下，假設以非常低的FAP作為目標，針對所有信號電平優(yōu)化探測性能水平可以被證明是有用的。

在特定狀況下，如圖4中的13、12、14所示，用于在空間小區(qū)s、距離小區(qū)l和多普勒小區(qū)m中的時長0≤k≤K-1上探測已知信號s(kTe)的充分統(tǒng)計量由下式給出：

其中12，由(8)定義。表達式(17)是在矢量s已知時(8)的擴展。對于低的SINRy值(SINRy＜＜1)，從(16)中導出和統(tǒng)計量(17)可以近似為

SINRy＜＜1(19)

其對應于自適應信道形成時常規(guī)使用的結(jié)構(gòu)14，但由項進行標準化，對于獨立于輸入噪聲或干擾功率的給定FAP而言，這允許對探測閾值β，15進行調(diào)節(jié)。另一方面，對于不再低的SINRy值而言，具有已知s的最佳探測器采用前面解釋的統(tǒng)計量因為在這種情況下空間濾波器收斂得快于濾波器如[3]中所示。在圖4中示出了充分統(tǒng)計量(17)的工作原理圖。

僅總噪聲參考是可用的，從經(jīng)由僅噪聲參考樣品獲得的僅總噪聲矩陣的估計而非觀測相關矩陣的估計實施前述步驟。

非圓擴展

在干擾表現(xiàn)出非圓性質(zhì)時，即使在假設s已知時，也可以使用能夠利用這種性質(zhì)的接收器。盡管可以構(gòu)思實施這種接收器而不顧所發(fā)射信號的非圓性質(zhì)，最佳情況還對應于所發(fā)射信號為直線性的情況。在這些狀況下，利用如下定義的統(tǒng)計量替換充分統(tǒng)計量(17)是有利的：

其中M是如下定義的矩陣(Nx2)

$M\underset{‾}{\Delta }\left(\begin{array}{cc}s& 0\\ 0& s^{*}\end{array}\right)---\left(21\right)$

針對在去旋預處理之后變成準直線性的所發(fā)射信號擴展統(tǒng)計量(20)。在這些狀況下，必需要實施充分統(tǒng)計量(20)，但要通過前面段落中定義的用L個時域獲取去旋的空時矢量，替換空間矢量來實施。

具有僅噪聲參考的非圓擴展

對于一定數(shù)量的應用而言，通過接收沒有任何有用信號的二次數(shù)據(jù)，僅噪聲加干擾的參考是可用的。例如，在這種二次數(shù)據(jù)能夠源自與要探測的有用信號的存在相關聯(lián)的那些距離-多普勒小區(qū)相鄰的距離-多普勒小區(qū)時，就是這種情況。在這些狀況下，可以通過任何相關矩陣估計器從這種二次數(shù)據(jù)估計擴展的總噪聲的相關矩陣。從那以后，可以實施具有僅總噪聲參考的非圓探測器。如果s是未知的，這種探測器可以對應于接收器(17)，或者如果s是已知的，對應于接收器(20)，但要通過用經(jīng)由僅噪聲參考樣本獲得的而非擴展觀測相關矩陣的估計替換來對應，其中

以同樣的方式，還可以根據(jù)同樣的方法構(gòu)造具有僅總噪聲參考的接收器，該參考既使用基本數(shù)據(jù)(信號加總噪聲)又使用二次數(shù)據(jù)。

針對寬帶源的擴展

在接收的源(源自發(fā)射器或反射器的有用信號、干擾)對于使用的天線網(wǎng)絡是寬帶時，前述處理性能水平降低，可以實施以下兩種變體實施例，在比例Be/f0或πDBe/c超過幾個百分比時發(fā)生這種情況，其中D是網(wǎng)絡的孔徑，Be是信號的等價帶寬(視為接收頻帶中包括的Be)，f0為信號的載波，c是傳播速度：

第一種實施例包括：將接收頻帶整理成幾個對于網(wǎng)絡而言窄的子帶，以及逐個子帶實施前述處理操作。這種策略的優(yōu)點是其并行安排相對簡單的處理操作。

第二實施例包括實施接收空間-時間結(jié)構(gòu)。

在對于傳感器網(wǎng)絡而言信號不再是窄帶的情況下(πDB/c超過幾個百分比)：前述空間矢量xm((k+l)Te)被具有L個時域獲取的空時矢量替換：如果L為奇數(shù)，而如果L為偶數(shù)。

在與載波相比信號也是寬帶的情況下(Be/f0超過幾個百分比)以及發(fā)射器或反射器的運動學性質(zhì)要求考慮在仿樣信號s上誘發(fā)的形變的情況下：向前述處理操作中不僅引入延遲lTe和多普勒m/(KTe)變量，而且引入諸如積分時間K上的延遲壓縮和多普勒壓縮的額外一階變量，諸如前述變量的時域漂移的二階變量等，通過l表示的時域變量(延遲-位置等)和m表示的頻率變量(多普勒-運動學性質(zhì)等)寫入對應于原始信號s的變換的信號sl，m，并使用信號sl，m來實施如前述權(quán)利要求中主張的方法的步驟并將本發(fā)明的方法應用于該信號sl，m。

這種方式提供了不向距離分辨率中引入任何損失的優(yōu)點。

補充處理操作

可以利用前面描述的結(jié)構(gòu)之一構(gòu)思補充處理操作。具體而言，可以基于與距離/多普勒小區(qū)相關聯(lián)的觀測值xm((k+l)Te)，或或基于在作為K的倍數(shù)或約數(shù)的間隔上觀測值與所發(fā)射信號s(kTe)的相關結(jié)果，換言之，基于矢量K’除以K或K除以K’(這是參考測角的情形)構(gòu)思目標在于從角度上定位給定距離/多普勒小區(qū)的所有發(fā)射器的高分辨率測角技術(shù)。

在s已知的情況下，可以在將觀測值的空間濾波限制到空間小區(qū)s之后實施這些技術(shù)。

本發(fā)明的方法例如用于位置已知的接收系統(tǒng)，以及面對同步、位置或運動學信息在本發(fā)明使用的信號發(fā)射或反射上可用的發(fā)射器或反射器，這樣能夠從本發(fā)明基于作為本發(fā)明主題的方法產(chǎn)生的相對信息推斷出絕對的時域信息(延遲/距離)和絕對頻率信息(速度/絕對多普勒效應)。

根據(jù)一個示范性實施，在彼此同步和通信或與操作中心同步和通信的幾個接收系統(tǒng)上重復該方法的使用，以產(chǎn)生關于發(fā)射器和反射器的同步、位置或運動學信息，以便獲得發(fā)射器和反射器的絕對時域和頻率信息。

可以在以下應用之一中使用本發(fā)明的方法：傳播信道測量(發(fā)聲)、無線電通信和無線電廣播網(wǎng)絡的計量、通信發(fā)射器的解調(diào)和測角、有源和無源雷達、有源聲納、敵友詢問，敵友詢問更多地被稱為“鑒別朋友和敵人(IFF)”。

根據(jù)變體實施例，在該方法中，例如，分別用未多普勒化(m＝0)且未時域偏移(l＝0)的觀測矢量，x(kTe)，xst(kTe)或替換多普勒化和時域偏移的觀測矢量xm((k+l)Te)，xm，st((k+l)Te)或其中參考信號是多普勒化的且時域偏移的，即被sm((k+l)Te)＝s(kTe)exp[j2πm(k+l)/K].替換。

本發(fā)明的方法可以包括基于延遲-距離/多普勒-運動學或空間/延遲-距離/多普勒-運動學假設的常規(guī)測角步驟(高分辨率等)或參考測角步驟，包括以下方式實施常規(guī)或高分辨率測角技術(shù)：

●基于與能量距離/多普勒(l，m)相關聯(lián)的觀測值xm((k+l)Te)，xm，st((k+l)Te)或

●或者基于在作為K的約數(shù)的時段上的觀測值xm((k+l)Te)，xm，st((k+l)Te)或與所發(fā)射信號s(kTe)

相關的結(jié)果，

●在指引矢量s已知的情況下，在將觀測值的可能空間濾波限制到空間小區(qū)s之后。

本發(fā)明的裝置和方法使得尤其能夠測量傳播，探測和/或定位包括N個傳感器的系統(tǒng)中的固定或移動發(fā)射器或反射器，傳感器從發(fā)射器或反射器接收信號，發(fā)射器或反射器包括至少一個模塊，使其能夠執(zhí)行該方法的步驟。

根據(jù)變體實施例，發(fā)射器或反射器的指引矢量是已知的，該方法包括以下步驟。

●從所發(fā)射信號的K個已知樣本s(kTe)和K個頻率偏移觀測值xm((k+l)Te)＝x((k+l)Te)exp[-j2πm(k+l)/K]估計矢量0≤k≤K-1，

●從K個頻率偏移觀測值xm((k+l)Te)＝x((k+l)Te)exp[-j2πm(k+l)/K]估計矩陣0≤k≤K-1，

●計算充分統(tǒng)計量

其中是由(9)定義的，

●計算充分統(tǒng)計量

●針對給定誤報警概率設置探測閾值，

●將統(tǒng)計值與設置的探測閾值比較，如果超過該閾值，要求探測距離/多普勒小區(qū)(l，m)和空間小區(qū)s中的反射器，

●從l估計發(fā)射器或反射器的相對延遲和距離，

●從m估計發(fā)射器或反射器的多普勒和相對速度/運動學性質(zhì)，

●從s估計反射器的角位置。

參考文獻

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