一種快速自適應(yīng)聯(lián)合時延估計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種快速自適應(yīng)聯(lián)合時延估計方法，該方法包括以下步驟：根據(jù)本次迭代的時延估計量，計算第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號；根據(jù)各路輸出信號，計算第k次迭代的合成參考信號；根據(jù)第i路第k次迭代的輸出信號和第k次迭代的合成參考信號，求取第i路信號第k次迭代的誤差信號；計算誤差信號功率，其結(jié)果與門限值比較；當(dāng)誤差信號功率小于門限值時，根據(jù)迭代次數(shù)，直接求取第k次迭代的步長，根據(jù)第k次迭代的步長求取第i路信號第k+1次迭代的時延估計量；將第i路信號的時延對準(zhǔn)到各路信號的平均時延上，得到最終第i路信號第k+1次迭代的時延估計量。本發(fā)明可以在快速收斂的情況下獲得更小的時延估計方差。
【專利說明】
一種快速自適應(yīng)聯(lián)合時延估計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種時延估計的方法，具體涉及一種快速自適應(yīng)聯(lián)合時延估計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 時間延遲是表征一個信號的重要參量，準(zhǔn)確、迅速地估計接收陣列所接收到的同 源信號之間的時間延遲，可以進(jìn)一步確定其他相關(guān)參量，如信源的距離、方位、速度和移動 方向等。因此，時延估計成為近年來信號處理領(lǐng)域一個十分活躍的研究課題，在雷達(dá)、聲納、 水聲學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、地球物理、地震學(xué)、石油勘探、通信和語音信號增強(qiáng)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng) 用。
[0003] 時延估計的基本原理就是對兩路或多路信號之間進(jìn)行移位，尋找相似度最高的移 位位置作為時延估計值。主要方法包括基本互相關(guān)法、廣義互相關(guān)法、相應(yīng)的頻域?qū)崿F(xiàn)算法 和高階累計量法等。其中采用自適應(yīng)濾波的時延估計方法是一類被廣泛研究的經(jīng)典算法， 由于該算法不需要接收信號的統(tǒng)計特性和噪聲的先驗(yàn)信息，同時擁有自動跟蹤特性，因此 具有獨(dú)特優(yōu)勢。信號時延可以等效為信號通過時延有限沖激響應(yīng)（Finite Impulse Response，F(xiàn)IR)濾波器，基本的最小均方時延估計（Least Mean Square Time Delay Estimation，LMSTDE)算法選取一路信號作為參考信號，采用自適應(yīng)算法調(diào)整濾波器系數(shù)補(bǔ) 償信號時延，使其與參考信號均方誤差最小，最終通過內(nèi)插方式從濾波器系數(shù)中得到兩路 信號間時延差的估計。
[0004] 作為LMSTDE算法的改進(jìn)，基于最小均方誤差準(zhǔn)則，在H.C.So等人發(fā)表的文章《A New Algorithm for Explicit Adaption of Time Delay》中提出了基于約束自適應(yīng)的時 延估計(Explicit Time Delay Estimator，ETDE)算法。ETDE算法將濾波器系數(shù)形式約束為 sin，通過自適應(yīng)算法直接調(diào)整i的值，進(jìn)而調(diào)整濾波器系數(shù)。
[0005]兩路存在時延差異的接收彳目號表不為： xAk) - s{k - D) + nAk)
[0006] f n xx{k) - s(ji) + nx{k)
[0007] 其中s(k)是信源發(fā)送信號，nQ(k)和m(k)分別是兩路信號噪聲，D是待估計的兩路 信號時延量真值。通常設(shè)n Q(k)和m(k)是獨(dú)立不相關(guān)的平穩(wěn)零均值高斯白噪聲隨機(jī)過程。 ETDE算法系統(tǒng)框圖如圖1所示。
[0008] ETDE算法的基本思想是希望在濾波輸出結(jié)果與參考信號的均方誤差最小目標(biāo)下， 獲得對信號間延遲差的估計。只是在濾波器系數(shù)上做了約束： (2：)
[0010] 其中濾波器的階數(shù)為2P+1，/)(/()是第k次迭代的時延估計值，Xl(k) = [Xl(k+P)，Xl (k+P-1)，…，xi(k-P)]T為輸入信號向量。濾波輸出信號和誤差分別為：
[0011 ] y, (k) = x!(k)h(k) = hT(k)x^ (k) {3j
[0012] ei(k) =xo(k)-yi(k) =xo(k)-hT(k)xi(k) (4)
[0013]時延估計的更新公式為：
[0014] ￡)(k + \)二 f)(k) - 2/je' (k) f1 (k)x' (k) (5)
[00i5]其中y為迭代更新的步長因子，通常為一個小正數(shù)，
[0018]為了便于進(jìn)行算法性能定性推導(dǎo)，H.C.So等人對ETDE算法的特性進(jìn)行了推導(dǎo)。其 時延估計的均值為： (6' (1)
(8)
[0020] 上式中灰〇)表示時延的初始估計值。為了使算法能夠收斂，
[0021] 時延估計的方差為：

(9)
[0023] ETDE算法是針對兩路信號之間的時延差估計。由公式(9)可知，< 和燈〗分別代表 信號和噪聲的功率，EIDE算法的方差性能與erf和療〗有關(guān)，即算法的估計性能僅與兩路信號 的信號質(zhì)量有關(guān)。根據(jù)信號合成原理，通過信號合成，可以提高合成信號的信噪比。因此如 果使用合成信號作為參考信號，則可以有效提高估計性能。
[0024] 在羅柏文等人發(fā)表的文章《采用合成方法的多路信號自適應(yīng)聯(lián)合時延估計》中重 點(diǎn)關(guān)注多路信號之間時延差異的聯(lián)合估計問題，提出以合成信號作為自適應(yīng)時延估計的參 考信號，在不明顯增加計算量的條件下，當(dāng)算法收斂時，聯(lián)合時延估計(Joint Explicit Time Delay Estimation，JETDE)算法的方差明顯低于傳統(tǒng)的兩路信號之間自適應(yīng)時延估 計算法方差。接收信號表示為：
[0025] xi(k) = s(k-Di)+m(k) (10)
[0026]其中i = l，2,-，氺為信號路數(shù)。Di是第i路信號的時延量，各路之間相互獨(dú)立。 JETDE算法系統(tǒng)框圖如圖2。
[0027] 第i路信號經(jīng)過濾波補(bǔ)償時延差異后，輸出信號為：
[0028] y.(A-) = /?； (k)x.(k) (11)
[0029] 其中濾波器hi(k)與公式(2)定義一致，Xi(k) = [Xi(k+P)，Xi(k+P_l)，…，Xi(k_P)]T 為輸入信號向量。合成信號表示為：
(12 )
[0031]與ETDE算法中以某一路信號作為參考信號的做法不同，JETDE算法其參考信號為 合成輸出信號。由于合成輸出信號比任何一路信號質(zhì)量都更好，具有更高的信噪比，因此能 夠獲得更好的時延估計性能。第i路誤差為：
(13)
[0033]由于各路信號之間的延遲量是相互獨(dú)立的，計算延遲估計量的梯度：
(14)
[0035]在公式（14)中，fi(k)為hi(k)關(guān)于乃的偏導(dǎo)數(shù)，其定義與公式(6)-致。最終可 以得到時延估計量& U)的更新公式：
(15 )
[0037]在JEIDE算法中，參考信號即為共同的目標(biāo)信號，通過算法的迭代使得各路信號對 齊到某一未知的共同時延量上，因此要對這個共同的時延量進(jìn)行約束，一個有效的約束方 式就是將所有路信號的時延對準(zhǔn)到各路信號的平均時延上，即：
(16)
[0039]羅柏文等人對JEIDE算法的特性進(jìn)行了推導(dǎo)。其時延估計的均值為：
(17)
[0041] 為了使算法能夠收斂，
_。對比公式（17)的JETDE算法時延估
計的均值與公式(8)的ETDE算法時延估計的均值可以看出 因此JETDE算法的收斂速度慢于ETDE算法。
[0042] 時延估計的方差為： (18)
[0044] 對比公式（18)的JETDE算法時延估計的方差與公式(9)的ETDE算法時延估計的方 差，可以看出，
，:因此 JETDE算法時延估計的方差小于ETDE算法時延估計的方差。
[0045] 在K.Mayyas等人發(fā)表的文章《An Lms adaptive algorithm with a new step-size control equation》中提出了基于最小加權(quán)系數(shù)的變步長最小均方(Variable Step Size Least Mean Square，KVSSLMS)算法，用以加速算法收斂，但是這種方法易受到噪聲干 擾影響。
[0046] 其步長迭代公式為：
[0047] q(n)= y n(n-l) + (1-y )e(n)e(n-l) (19)
[0048] p(n) = y p(n-l) + (1- y )e2(n)[XT(n)X(n)+8] (20)
(21 )

【發(fā)明內(nèi)容】

[0050]本發(fā)明的目的在于提供一種快速自適應(yīng)聯(lián)合時延估計方法，在JETDE算法的基礎(chǔ) 上通過建立步長與迭代次數(shù)的非線性關(guān)系，提出基于迭代次數(shù)變步長的聯(lián)合時延估計 (Iteration Variable Step Size Joint Explicit Time Delay Estimation，IVSS-JETDE)算法可以在快速收斂的情況下獲得更小的時延估計方差。
[0051 ]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，發(fā)明提供了 一種快速自適應(yīng)聯(lián)合時延估計方法，該方法包括 以下步驟：
[0052] 根據(jù)迭代的時延估計量，求取第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號；
[0053] 根據(jù)各路輸出信號，求取第k次迭代的合成參考信號；
[0054]根據(jù)第i路第k次迭代的濾波器輸出信號和合成參考信號，求取第i路信號第k次迭 代的誤差信號；
[0055] 計算誤差信號功率，其結(jié)果與門限值比較；
[0056] 當(dāng)誤差信號功率小于門限值時，根據(jù)迭代次數(shù)，直接求取第k次迭代的步長；
[0057]當(dāng)誤差信號功率大于門限值時，需要將當(dāng)前迭代次數(shù)賦值給步長迭代公式中的起 始時刻，同時根據(jù)誤差信號功率的大小設(shè)定遞進(jìn)步長和調(diào)整參數(shù)，再根據(jù)迭代次數(shù)，求取第 k次迭代的步長；
[0058]根據(jù)第k次迭代的步長，求取第i路信號第k+1次迭代的時延估計量；
[0059]將第i路信號的時延對準(zhǔn)到各路信號的平均時延上，得到最終第i路信號第k+1次 迭代的時延估計量。
[0060]本發(fā)明提供的一種快速自適應(yīng)聯(lián)合時延估計方法，在JETDE算法的基礎(chǔ)上通過建 立步長與迭代次數(shù)的非線性關(guān)系，可以在快速收斂的情況下獲得更小的時延估計方差。
【附圖說明】
[0061 ]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的ETDE算法的系統(tǒng)框圖；
[0062]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的JETDE算法的系統(tǒng)框圖；
[0063]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的IVSS-JETDE算法步長因子y (n)變換曲線；
[0064]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的IVSS-JETDE算法方法流程圖；
[0065]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的IVSS-JETDE算法的系統(tǒng)框圖；
[0066]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計均值與 ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法時延估計均值的對比曲線圖；
[0067]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 ETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0068]圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0069]圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 KVSS-JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0070]圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供當(dāng)信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計均值與 ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法時延估計均值的對比曲線圖；
[0071]圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供當(dāng)信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 ETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0072]圖12為本發(fā)明實(shí)施例提供當(dāng)信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0073]圖13為本發(fā)明實(shí)施例提供當(dāng)信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 KVSS-JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0074]圖14為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤 能力與ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能力的對比曲線圖；
[0075]圖15為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能 力與ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能力的對比曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0076]下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0077]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的IVSS-JETDE算法步長因子y(n)變換曲線。
[0078]為使步長因子取值滿足收斂條件，且在收斂時具有較小的穩(wěn)態(tài)方差，對步長因子 取值加以限定，因此IVSS-JETDE變步長迭代公式為：
(22)
[0080]其中，ymin是設(shè)定的步長因子最小值，y代表遞進(jìn)步長，k是迭代次數(shù)，m是步長因子 改變的起始時刻，初始值為〇，M是根據(jù)不同情況設(shè)定的調(diào)整參數(shù)，控制y(k)隨k變化的快慢。 由上式可知y (k)隨k單調(diào)遞減，變化趨勢如圖3所示。
[0081 ] 當(dāng)k起始時：
[0082] li(〇)^limin+li = limax (23)
[0083] 當(dāng)k較大時：
[0084] ji(〇〇)^i]imin (24)
[0085] 基于IVSS-JETDE變步長迭代公式，得到基于迭代次數(shù)變步長的聯(lián)合時延估計 IVSS-JETDE算法延時估計量4 U)的更新公式：
(2:5)
[0087] IVSS-JETDE算法時延估計的均值為：
[0089] 為了使算法能夠收斂，
1由公式（23)可知，在算法起始階 段當(dāng)y(k)~ymax>y時，對比公式(26)1￥55-兀10￡算法時延估計的均值與公式（17)的邛丁0已 算法時延估計的均值可以看出：
，因 此IVSS-JETDE算法的收斂速度快于JETDE算法。
[0090] IVSS-JETDE算法時延估計的方差為：
[0092] 由公式(24)可知，在算法趨于收斂后當(dāng)y(m)~，對比公式（27)的1￥33_ J E T D E算法時延估計的方差與公式（1 8 )的J E T D E算法時延估計的方差，可以看出，
，因此I V S S - JETDE算法時延估計的方差小于JETDE算法時延估計的方差。
[0093] 為了使本發(fā)明算法具有信號時變跟蹤能力，步長因子隨迭代次數(shù)改變的同時，還 要對當(dāng)前時刻各路誤差信號進(jìn)行功率檢測，判斷輸入信號是否發(fā)生突變。誤差信號的功率 計算公式：
(28)
[0095]其中，Pe(k)是誤差信號的功率，2P+1代表濾波器階數(shù)，k是迭代次數(shù)，ei(j)是第i路 信號的誤差;將當(dāng)前時刻的誤差信號功率與門限值x進(jìn)行比較。當(dāng)誤差信號功率小于門限值 時，利用公式(22)，直接求取第k次迭代的步長;當(dāng)誤差信號功率大于門限值時，將當(dāng)前時刻 迭代次數(shù)k賦值給公式(22)中的起始時刻m，同時根據(jù)誤差信號功率Pe(k)的大小重新設(shè)定 遞進(jìn)步長y和調(diào)整參數(shù)M，再利用公式(22)，求取第k次迭代的步長。
[0096] 除時延估計的均值和方差外，計算復(fù)雜度也是影響其應(yīng)用的重要因素。分析本發(fā) 明的計算復(fù)雜度，其中公式(22)中指數(shù)運(yùn)算一般采用查表法實(shí)現(xiàn)，而對于公式(28)中的誤 差信號的功率，只需要計算 ei(k)，其他部分可以采用Pe(k-1)的結(jié)果。若設(shè)濾波器的階數(shù)為 2P+1，信號路數(shù)為N。不同延時估計算法一次迭代所需計算復(fù)雜度如表1所示，以ETDE和 JETDE參考文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)參數(shù)P = 10和N = 4為例，可知相比于已有方法，本發(fā)明的計算量增加 非常有限，因此便于硬件實(shí)現(xiàn)。
[0097] 表1不同時延估計算法一路信號每次迭代所需計算復(fù)雜度
[0099]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的IVSS-JETDE算法流程圖。如圖4所示，該方法的實(shí)現(xiàn)包 括步驟101-106。
[0100] 步驟101，根據(jù)迭代的時延估計量，求取第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號。
[0101] 根據(jù)本次迭代的時延估計量利用公式(2)對濾波器系數(shù)h(k)做了約束；
(2)
[0103] 其中，濾波器的階數(shù)為2P+1，仏/()是第k次迭代的時延估計值；
[0104] 根據(jù)公式(10)接收信號^(1〇表示為：
[0105] xi(k) = s(k-Di)+m(k) (10)
[0106] 其中i = l，2，~N，N為信號路數(shù)，Di是第i路信號的時延量，各路之間相互獨(dú)立；
[0107] 根據(jù)濾波器系數(shù)h(k)和接收信號Xl(k)，利用公式（11)求取第i路信號第k次迭代 的濾波器輸出信號yKk):
[0108] y.(k) - h' {k)!,{k) (11)
[0109] 其中濾波器hi(k)與公式(2)定義一致，Xi(k) = [Xi(k+P)，Xi(k+P_l)，…，Xi(k_P)]T 為輸入信號向量。
[0110] 步驟102,根據(jù)各路輸出信號，求取第k次迭代的合成參考信號；
[0111] 通過公式(12)計算所述第k次迭代的合成信號： (12 )
[0113] 其中，yc(k)為合成參考信號，yi(k)為第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號。
[0114] 步驟103,根據(jù)第i路第k次迭代的濾波器輸出信號和合成參考信號，求取第i路信 號第k次迭代的誤差信號；
[0115] 通過公式(13)計算第i路信號第k次迭代的誤差信號ei(k)為：
(13 )
[0117] 步驟104,計算誤差信號功率，其結(jié)果與門限值比較；
[0118] 通過公式(28)計算誤差信號功率的公式為：
(28 )
[0120] 其中，Pe(k)是誤差信號的功率，2P+1代表濾波器階數(shù)，k是迭代次數(shù)，ei(j)是第i路 信號的誤差，將當(dāng)前時刻的誤差信號功率與門限值進(jìn)行比較。
[0121] 步驟105,根據(jù)迭代次數(shù)，求取第k次迭代的步長，以及求取第i路信號第k+1次迭代 的時延估計量；
[0122] 當(dāng)誤差信號功率小于門限值時，根據(jù)公式(22)，直接求取迭代的步長y(k);
[0123] 當(dāng)誤差信號功率大于門限值時，將當(dāng)前時刻迭代次數(shù)k賦值給公式(22)中的起始 時刻m，同時根據(jù)誤差信號功率Pe(k)的大小重新設(shè)定遞進(jìn)步長y和調(diào)整參數(shù)M;
(22 )
[0125] 根據(jù)迭代次數(shù)，求取第k次迭代的步長y(k)。
[0126] 其中，ymin是設(shè)定的步長因子最小值，y代表遞進(jìn)步長，k是迭代次數(shù)，m是步長因子 改變的起始時刻，初始值為〇，M是根據(jù)不同情況設(shè)定的調(diào)整參數(shù)，控制y(k)隨k變化的快慢； y(k)隨k單調(diào)遞減；
[0127] 將接收信號Xl(k)，第i路信號第k次迭代的誤差信號ei(k)和迭代的步長y(k)的計 算結(jié)果帶入IVSS-JETDE算法時延估計量的更新公式：
(25 )
[0129]其中， (6) (7)
[0132] 步驟106,將第i路信號的時延對準(zhǔn)到各路信號的平均時延上，得到最終第i路信號 第k+1次迭代的時延估計量。
[0133] 通過公式(16)計算最終第i路信號第k+1次迭代的時延估計量+ 公式：
(16)
[0135] 本發(fā)明實(shí)施例在JETDE算法的基礎(chǔ)上通過建立步長與迭代次數(shù)的非線性關(guān)系，可 以在快速收斂的情況下獲得更小的時延估計方差。
[0136] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的IVSS-JETDE算法的系統(tǒng)框圖。與JETDE算法系統(tǒng)框圖的 主要區(qū)別在于增加了變步長計算單元。
[0137] 信號s(k)及各路信號的噪聲ru(k)均設(shè)為不相關(guān)零均值高斯白噪聲，其功率譜為 白的，信號s(k)的功率設(shè)為2.5 JTDE算法和JETDE算法的步長因子y = 0.002,根據(jù)參考文 獻(xiàn)，KVSS-JETDE算法調(diào)整參數(shù)y =0.98、5 = 0.025, IVSS-JETDE算法的步長因子知化二 0.0001、11 = 0.015，調(diào)整參數(shù)11 = 600。時延路數(shù)~ = 4，各路的時延值為-1、-2、-3和6個采樣 點(diǎn)，各路濾波器階數(shù)2P+1 = 21。
[0138] 當(dāng)信噪比為10dB時：
[0139] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計均值與 ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法時延估計均值的對比曲線圖。
[0140]如圖6所示的，四種自適應(yīng)算法在10000個采樣點(diǎn)迭代仿真下的時延估計均值曲 線。從圖中可以看出，本發(fā)明提出的IVSS-JETDE算法收斂速度最快，只需要大約1000多個采 樣點(diǎn)迭代就能收斂。KVSS-JETDE算法和ETDE算法分別需要大約2000多個和3000多個采樣點(diǎn) 迭代能夠收斂，而JETDE算法則需要大約6000多個采樣點(diǎn)迭代才能夠較好的收斂。
[0141] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 ETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖。
[0142] 圖7所示的是第0至10000次迭代的時延估計方差仿真結(jié)果。從圖中可以看出，當(dāng)兩 種算法收斂后，IVSS-JETDE算法的時延估計方差明顯小于ETDE算法。
[0143] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖。
[0144] 如圖8所示，當(dāng)兩種算法收斂后，IVSS-JETDE算法的時延估計方差小于JETDE算法。
[0145] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 KVSS-JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖；
[0146] 如圖9所示，當(dāng)兩種算法收斂后，IVSS-JETDE算法的時延估計方差小于KVSS-JETDE 算法。
[0147] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計均值與 ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法時延估計均值的對比曲線圖；
[0148] 當(dāng)信噪比為OdB時，如圖10所示，本發(fā)明提出的IVSS-JETDE算法的收斂速度最快， 只需要大約1000多個采樣點(diǎn)迭代就能收斂，優(yōu)于其他三種算法。ETDE算法和KVSS-JETDE算 法則需要大約4000多個采樣點(diǎn)迭代才能夠較好的收斂。而JETDE算法在信噪比較低情況下， 需要大約6000多個采樣點(diǎn)迭代才能收斂。
[0149] 圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 ETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖。
[0150] 當(dāng)信噪比為OdB時，如圖11所示，當(dāng)兩種算法收斂后，IVSS-JETDE算法的時延估計 方差明顯小于ETDE算法。
[0151] 圖12為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖。
[0152] 當(dāng)信噪比為OdB時，如圖12所示，當(dāng)兩種算法收斂后，IVSS-JETDE算法的時延估計 方差小于JETDE算法。
[0153] 圖13為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的時延估計方差與 KVSS-JETDE算法的時延估計方差的對比曲線圖。
[0154] 當(dāng)信噪比為OdB時，如圖13所示，當(dāng)兩種算法收斂后，IVSS-JETDE算法的時延估計 方差小于KVSS-JETDE算法。
[0155] 圖14為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為10dB時IVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤 能力與ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能力的對比曲線圖。
[0156]為了測試本發(fā)明算法的信號時變跟蹤能力，將輸入信號前20000次迭代的時延值 設(shè)為6個采樣點(diǎn)，后20000次迭代的時延值設(shè)為9個采樣點(diǎn)。為了減小時延估計方差，ETDE算 法和JETDE算法的步長因子y = 0.001，門限值x = 0.3，其他參數(shù)保持不變，當(dāng)信噪比為10dB 時：
[0157] 如圖14所示，IVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能力優(yōu)于其他三種算法。
[0158] 圖15為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)信噪比為OdB時IVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能 力與ETDE算法、JETDE算法和KVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能力的對比曲線圖。
[0159] 為了測試本發(fā)明算法的信號時變跟蹤能力，門限值x=l. 5,為了減少時延估計方 差，當(dāng)誤差信號功率大于門限值時，重新設(shè)定遞進(jìn)步長y = 〇.005,調(diào)整參數(shù)M=100,其他參 數(shù)保持不變，當(dāng)信噪比為OdB時：
[0160] 如圖15所示，IVSS-JETDE算法的信號時變跟蹤能力優(yōu)于其他三種算法，由此可知， IVSS-JETDE算法在信噪比較低情況下依然具有較好的時變跟蹤能力。
[0161 ]結(jié)合以上實(shí)施例結(jié)果，可以看到IVSS-JETDE算法在時延估計均值、時延估計方差、 時變跟蹤能力以及算法復(fù)雜度方面的優(yōu)勢。
[0162]本發(fā)明實(shí)施例提供一種快速自適應(yīng)聯(lián)合時延估計方法及裝置，在JETDE算法的基 礎(chǔ)上通過建立步長與迭代次數(shù)的非線性關(guān)系，提出了 IVSS-JETDE算法，可以在快速收斂的 情況下獲得更小的時延估計方差。這對以多通道信號合成為目的的算法而言，可以提高信 號的時延對準(zhǔn)性能，從而提高多通道信號合成效率，而對于以到達(dá)時間差（Time Difference Of Arrival，TDOA)定位為目的的算法而言，可以減小定位方差。
[0163]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步 詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明 的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種快速自適應(yīng)聯(lián)合時延估計方法，其特征在于，包括以下步驟： 根據(jù)本次迭代的時延估計量，計算第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號； 根據(jù)各路輸出信號，計算第k次迭代的合成參考信號； 根據(jù)第i路第k次迭代的輸出信號和第k次迭代的合成參考信號，求取第i路信號第k次 迭代的誤差信號； 計算誤差信號功率，其結(jié)果與門限值比較； 當(dāng)誤差信號功率小于門限值時，根據(jù)迭代次數(shù)，直接求取第k次迭代的步長，以及根據(jù) 第k次迭代的步長求取第i路信號第k+Ι次迭代的時延估計量； 將第i路信號的時延對準(zhǔn)到各路信號的平均時延上，得到最終第i路信號第k+Ι次迭代 的時延估計量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)本次迭代的時延估計量，計算第i 路信號第k次迭代的濾波器輸出信號步驟包括： 根據(jù)本次迭代的時延估計量/)(/〇,利用公式(2)對濾波器系數(shù)h(k)做了約束；C 2 ) 其中，濾波器的階數(shù)為2P+1，是第k次迭代的時延估計值； 以及根據(jù)公式(10)接收信號^(10表示為： xi(k) = s(k-Di)+m(k) (10) 其中1 = 1，2，~1^為信號路數(shù)幾是第1路信號的時延量，各路之間相互獨(dú)立； 根據(jù)所述濾波器系數(shù)h(k)和接收信號Xl(k)，利用公式（11)求取第i路信號第k次迭代的 濾波器輸出信號又:仏）： *- ( 11 ) 其中濾波器系數(shù)hi(k)與公式⑵定義一致，xi(k) = [xi(k+P)，xi(k+P-l)，···，xi(k-P)]T 為輸入信號向量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)各路輸出信號，計算第k次迭代的 合成參考信號步驟包括： 通過公式(12)計算所述第k次迭代的合成信號：(12) 其中，yjk)為合成參考信號，yi(k)為第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)第i路第k次迭代的輸出信號 和第k次迭代的合成參考信號，求取第i路信號第k次迭代的誤差信號步驟包括： 通過公式(13)計算所述第i路信號第k次迭代的誤差信號ei(k)為： (13 ) 其中，yjk)為合成參考信號，yi(k)為第i路信號第k次迭代的濾波器輸出信號。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計算誤差信號功率，其結(jié)果與門限值比較 步驟包括： 通過公式(28)計算誤差信號功率PJk):(28) 其中，Pe(k)是誤差信號的功率，2P+1代表濾波器階數(shù)，k是迭代次數(shù)，ei(j)是第i路信號 的誤差;將當(dāng)前時刻的誤差信號功率與門限值進(jìn)行比較。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述當(dāng)誤差信號功率小于門限值時，根據(jù) 迭代次數(shù)，求取第k次迭代的步長，步驟包括： 通過公式（22)計筧佚代的步長u(k):(22 ) 其中，ymin是設(shè)定的步長因子最小值，μ代表遞進(jìn)步長，k是迭代次數(shù)，m是步長因子改變 的起始時刻，初始值為〇，M是根據(jù)不同情況設(shè)定的調(diào)整參數(shù)，控制μ(1〇隨k變化的快慢;μ(1〇 隨k單調(diào)遞減； 以及根據(jù)第k次迭代的步長求取第i路信號第k+Ι次迭代的時延估計量步驟包括： 將所述接收信號^(10,所述第i路信號第k次迭代的誤差信號ei(k)和迭代的步長μ(1〇 的計算結(jié)果帶入基于迭代次數(shù)變步長的聯(lián)合時延估計IVSS-JETDE算法時延估計量7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將第i路信號的時延對準(zhǔn)到各路信號 的平均時延上，得到最終第i路信號第k+Ι次迭代的時延估計量步驟包括： (16) 通過公式(16)計算最終第i路信號第k+1次迭代的時延估計量+ I):根據(jù)迭代次數(shù)，求取第k次迭代的步長μ(1〇。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計算誤差信號功率，其結(jié)果與門限值比較； 當(dāng)誤差信號功率大于門限值時，將當(dāng)前時刻迭代次數(shù)k賦值給公式(22)中的起始時刻m，同 時根據(jù)彳呈荖隹縣的十/1、甫蘄沿由遞·?#步長μ和調(diào)整參數(shù)M; (22)
【文檔編號】G01S11/02GK105891810SQ201610354137
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】王雷歐, 王東輝
【申請人】中國科學(xué)院聲學(xué)研究所