CN101821646B - 判断涉及固定或移动发射机、反射器和传感器的传播信道的脉冲响应的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于在包括N个传感器的系统中测量涉及固定或移动发射器和反射器的传播信道的脉冲响应特定参数的方法，以便探测和确定关于这些发射器和反射器的位置和运动学性质的参数，或自动定位实施本发明的接收系统，传感器从所述发射器或从所述反射器的反射接收信号，所述方法至少包括以下步骤：确定耦合空间分析和延迟-距离/多普勒-运动学分析的模糊函数，确定与对应于所发射信号的复包络的已知信号s(kTe)和滤波器w(l，m)的输出之间的相关相对应的至少一个充分统计量C(l，m，K)，其中l对应于时域假设(延迟-距离，时域斜变等)，m对应于频率假设(多普勒-运动学、多普勒斜变等)，通过将对(l，m)的统计值与阈值比较确定对(l，m)的值。

Description

判断涉及固定或移动发射机、反射器和传感器的传播信道的脉冲响应的方法和装置

本发明涉及一种借助于组合式空间/延迟-距离/多普勒运动学模糊函数而能够在电磁波或声波的传播信道涉及固定或移动发射器、传感器和反射器时评估传播信道脉冲响应的特定参数的方法，用于探测和确定发射器和反射器的位置和运动学参数。

这种方法用于电磁学和声学很多领域，用于探测、传输、定位、导航中，以便改善对传播介质的认识，从而改善对有用信号的处理、无线电通信和广播无线电网络的工程设计、航空控制、海防控制等。

可以将其应用于实施本发明的接收系统的自我定位。

例如，将其用于电磁学或声学中固定或移动的发射器、反射器和传感器。

常规电磁学或声学反射器的传播、发声、探测和定位测量系统时常是有源的，一般使用：

-利用定向天线(例如盘式反射器)的机械扫略或利用从相位和幅度加权传感器阵列形成的射束的电子扫略，以及

-对于射束的每个瞄准位置(或空间小区)：

○已知信号的发射，已知信号可以是连续的、脉冲的或已知脉冲串的形式，

○对于窄带信号而言，基于在天线输出处观察到且在时间与频率上发生偏移的信号与被发射信号的相关性，对于宽带信号而言，基于在天线输出处观察到的延迟的、在频率上发生偏移的、在时间和频率上被压缩的信号与被发射信号的相关性，对距离/速度模糊函数的计算，

-对于每个距离/多普勒小区

○针对给定误报警概率的阈值设置，

○模糊函数与阈值的比较。

这种操作的主要特别特征是空间分析(射束扫略)和距离/速度或延迟/多普勒分析之间的解耦。无论射束中是否有发射器或反射器，这种解耦都需要针对每个射束位置系统实施距离/速度分析。

此外，瞄准射束隐含地预示着自由空间(没有多路径)中的传播，对于电子扫略而言，需要控制天线方向图(辐射元件和网络的型号、传感器阵列的校准等)。

而且，对于给定的空间/距离/多普勒小区而言，调节阈值需要事先基于无反射器的空间/距离/多普勒小区的观测估计噪声水平，这可能是难以实施的，且在计算上成本高昂。此外，在存在干扰时，必需要针对被扫略射束的每个位置在接收中插入通过空间滤波排除干扰的技术，于是变得抗干扰且相对于干扰鲁棒。然而，由于被扫射束(在波长数量方面)具有与天线或网络的孔径成反比的一定角宽度，针对给定空间小区滤去干扰可能会伴随着滤去相同这一小区中存在的反射回波。因此，必需要在处理操作中并入防止滤去待测量反射器的增强鲁棒性的技术，代价是可能会损失滤去干扰的性能并增大实施的复杂性。

测量传播或电磁或声学探测的问题涉及到在一定期间0≤k≤K-1内探测发射信号s(kTe)的存在并从被发射信号的知识和在传感器上接收的信号的该矢量x(kTe)频移偏移和平移版本的观测估计信道矢量hs(涉及多传感器接收并对应于自由空间中传播的反射器或发射器位置的指引矢量)、延迟loTe(为简单起见假设为取样周期的倍数，但这决不是强制的或限制性的)和多普勒频移Δfo＝mo/KTe(频率分辨率为1/KTe，为简单起见假设多普勒频移是这个分辨率的倍数)。

对于电磁学或声学中的常规传播测量或探测应用而言，常规接收器假设自由空间中的传播，即并以对应于所用网络形成的射束的波瓣宽度(通常是以“3dB”的波瓣宽度)分辨率逐个方向或逐个矢量s地扫描空间，其中hs是与反射器方向相关联的信道的脉冲响应矢量，φs和s分别对应于发射器或反射器的相位和指引矢量。这定义了本领域的技术人员通常使用的空间小区的上述概念。此外，利用等于1/Be的分辨率估计延迟loTe，标称地这是所发射信号的等价频带Be的倒数的函数(一般正比于该倒数)，该倒数还定义了距离分辨率。这定义了上文所述并被本领域的技术人员通常使用的距离小区的概念。最后，多普勒频移的估计分辨率是(通常正比于)个体观测时间的倒数的函数，即所发射信号的时长KTe的倒数的函数。这定义了上文所述并被本领域的技术人员通常使用的多普勒小区的概念。

现有技术定义了不同的接收结构。通常，最佳探测器的接收结构取决于源自要探测的发射器和反射器的信号传播信道上先验可用的信息和总噪声，总噪声包括接收器的热噪声和潜在干扰[1]。电磁[2]或声学[4]探测中使用的常规接收器通过射束的电子或机械扫略来扫描空间并实施位于距离/多普勒分析上游且与之解耦的空间分析，通常隐含地或明示地假设，针对射束的每个位置和扫描的每个距离/多普勒小区：

-在自由空间中传播，

-扫描方向已知，

-总体高斯噪声是圆形的且未知，

-相对于背景噪声，源自发射器或反射器的信号是微弱的，

-源自发射器或反射器的信号相位未知。

仅在这些假设之下，这些接收器才是最佳的。本发明的目的是利用能够至少克服上述系统缺点的接收结构取代以上常规结构。这种结构尤其在于实现空间分析的耦合，以及组合过程中的延迟-距离/多普勒-动力学分析。这种结构实施延迟-距离空间变量的耦合/组合处理。应当指出，本发明的方法能够确定脉冲响应的参数。这些参数例如是涉及无线电电场的空间、时间和频率结构(到达角分布、角度、时间和多普勒扩散等)的参数。这些参数也可以是地面上、空中等处的障碍物漫射的特征，甚至是漫射体的运动学参数。本发明涉及一种在包括N个传感器的系统中探测和/或定位固定或移动的发射器和反射器的方法，传感器接收源自固定或移动的所述发射器或反射器的信号，其特征在于至少包括以下步骤：

○通过耦合空间分析和延迟-距离/多普勒-运动学分析确定模糊函数，

○确定与对应于所发射信号的复包络的已知信号s(kTe)和滤波器的输出w(l，m)之间的相关对应的至少一个充分统计量其中l是时域/延迟-距离假设的符号表示，且其中m是频率/多普勒-运动学假设的符号表示，通过将针对假设(l，m)的参数的统计值与阈值比较确定假设(l，m)的参数值。

多普勒/运动学参数引用m作为变量的索引。应当指出，针对统计值针对信号s(kTe)和滤波器w(l，m)的以上表示是以形式的意义来解释的：完全一般性地，参数l、K和m的每个都能够代表与发射器、反射器、甚至传感器(如果其自身是移动的)的位置和运动学量相关联的若干变量。然而，对于窄带信号以及小到注意确保减小发射器、反射器和传感器位置和运动学变化的过程相干积分时间而言，回到上述简化情况：将时域假设l简化到关于延迟值的假设，将频率假设m简化到关于多普勒频移值的假设，延迟值和多普勒频移值分别对应于上述分辨率的倍数(整数或其他)。为了确保在大多数复杂情况下该方法有效，例如在传感器、发射器或反射器的运动学性质在实施中的信号相干积分时间期间诱发延迟或多普勒参数的不固定性时(例如与快速相关的不固定性)，l的定义不仅考虑到源自反射器的信号延迟，而且考虑到源自反射器的信号的一阶参数，例如相对时域斜变(或延迟在积分时间上的导数，其自身取决于信号的时域包络和作为本发明主题的处理操作的参数化)，不仅考虑到源自反射器的信号的多普勒频移m，而且考虑到源自反射器的信号的一阶参数，例如信号的多普勒斜变(或多普勒频移在积分时间上的导数，其自身受限于信号的频谱包络和作为本发明主题的处理操作的参数化)。在更为复杂的情况下，可以使用二阶相对角度、时域和多普勒参数以及对发射器、反射器或传感器的运动学性质建模的任何其他类型的变量。

在将l表示的时域参数简化为延迟或距离的情况下，或在将m表示的运动学参数简化为多普勒或相对速度时，该方法至少包括以下步骤：

对于每种延迟假设l和每种多普勒假设m：

-利用所发射的信号的K个已知样本s(kTe)以及在频率上偏移的K个观测值x_m((k+l)T_e)＝x((k+l)T_e)exp[-j2πm(k+l)/K]，0≤k≤K-1，估计矢量(5)，

-从频率上偏移的所述K个观测值x_m((k+l)T_e)＝x((k+l)T_e)exp[-j2πm(k+l)/K]估计矩阵0≤k≤K-1；

-计算所述充分统计量

其中是由所述已知信号的平均功率的最小二乘方估计定义的，

-针对给定误报警概率设置所述探测阈值，

-将所述统计值与所述固定阈值比较，如果超过所述阈值，要求探测距离/多普勒小区(l，m)中的发射器或反射器；

-从l估计所述发射器或反射器的相对延迟和距离，

-从m估计所述发射器或反射器的相对多普勒和速度；

-从由给出的源自所述发射器或反射器的信号天线上的指引矢量估计所述发射器或反射器的空间小区。

在更复杂的情况下，该方法例如包括以下步骤：

3A)将时域参数引入诸如由l符号表示的延迟-位置的定义、引入诸如由m符号表示的多普勒-运动学参数的频率参数的定义，并引入每个假设l和m上的所述已知信号s的定义，信号的变化和变换由所述发射器、接收器或反射器的运动引起，由传播信道的波动引起，这取决于延迟-位置假设、相对多普勒-速度假设、处理积分时间、信号的等价带宽、当在处理积分时间期间信号是脉冲式时的信号的等价时长及其周期、延迟随这一时间的波动、多普勒效应随这一时间的波动，

3B)根据由l符号表示的时域假设和由m符号表示的频率假设使用从s的变换获得的信号s_l，m。

对于信号受到高于扰的发射器或反射器的探测而言，该方法使用信号x’_m((k+l)Te)和仿样而不是输入信号x_m((k+l)Te和原始仿样，信号x’m((k+l)Te))是从信号x_m((k+l)Te)获得的，仿样是借助于涉及增强空时滤波器的操作从变换的仿样s_l，m获得的，所述操作如下：

6A)对于每个干扰发射器：

通过使准则最小化估计从发射器到接收器的传播滤波器的脉冲响应g_int，仿样S_int＝(s_int((l₀+l)Te)，s_int((l₀+l+1)Te)，...，s_int((l₀+l+L-1)Te))^T或S_int，m，l”＝(s_intm，l”((l₀+l)Te)，s_intm，l”((l₀+l+1)Te)，...，s_intm，l”((l₀+l+L-1)Te))^T是通过原始干扰信号的总先验知识，或通过原始干扰信号的部分先验知识，或借助本领域技术人员已知的任何方式通过原始干扰信号的解调/均等获得的，并可能被转换成S_int，m，l

6B)对于固定的或运动学已知且根据它们的频率和时间稳定性选择的一个或多个干扰发射器而言，

向仿样S_int中引入不同的频率假设，并采用仿样中存在的重现，以便在大的积分长度K上精确估计相对于干扰发射器的频率和时间偏离，针对用于接收和取样用于实施本发明的信号的系统的混频器和时钟的本地振荡器估计相对于干扰发射器的漂移。

在步骤6B期间，该方法例如包括以下步骤：

更新与干扰发射器相关联的传播滤波器g_int(步骤6A)，以及

6C/对于每个干扰发射器，

由与其关联的传播滤波器g_int执行原始s_int或变换的s_intm，l干扰信号的卷积，从总的所接收信号减去这一操作获得的信号，

6D/补偿频率和时间漂移是

-在前面操作之后从x_m((k+l)Te)获得的信号，以便产生信号x’m((k+l)Te)，s然后保持不变(s’＝s)

-或者在该方法中使用的仿样信号，s于是可以变为s’、s_m，l可以变为s_m，l’

6E/以x’_m和s’实施上述步骤

6F/以x’_m和s_m，l’实施上述步骤。

使用观测矢量例如观测矢量由观测矢量及其共轭复数构成，且从而非x_m((k+l)Te)实施上述步骤。

例如，也可能利用经由仅噪声参考样本获得的扩展总仅噪声矩阵而非扩展观测相关矩阵的估计来执行总仅噪声参考和上述步骤，其中

由于对于直线发射信号和可能非圆干扰而言，反射器的指引矢量是已知的，因此该方法的特征在于其至少包括以下步骤：

计算充分统计量

构造矩阵

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

构造统计量

针对给定误报警概率设置探测阈值，

将统计值与阈值比较，如果超过阈值，则探测空间小区s和距离/多普勒小区(l，m)中的发射器或反射器，

从l估计发射器或反射器的相对延迟和距离，

从m估计发射器或反射器的相对多普勒和速度/运动学性质，

从s估计发射器或反射器的角位置。本发明还涉及一种包括适于执行本发明方法的步骤的诸如处理器的模块的装置。

作为本发明主题的空间/延迟-距离/多普勒-运动学耦合使得能够直接访问发射器和反射器的位置而无需扫描所有空间，因此无需扫描没有发射器和反射器的方向。这样能够放宽对传感器网络模式的控制的限制(例如，对于辐射元件之间的耦合而言，校准不再是必要的)，完美地适合于多路径传播。最后，明智的耦合不仅允许独立于输入处存在的噪声水平进行阈值设置，而且允许相对于干扰进行固有保护，而没有拒绝对测量有用的信号的风险，且无需插入处理操作以提高鲁棒性。

阅读通过例示而非限制方式给出的简化示范性实施例的以下描述，本发明的其他优点和特征将变得更明显，附图提供了：

○图1，根据本发明的空间/延迟-距离/多普勒-运动学模糊函数的工作原理图，在这种非限制性简化情况下将多普勒-运动学参数简化成直接链接到发射器或反射器的相对速率的多普勒参数。

○图2，考虑干扰的方法的示范性实施，

○图3，空间/延迟-距离/多普勒-运动学模糊函数的非圆扩展的工作原理图，在这种非限制性简化情况下将多普勒-运动学参数简化成直接链接到发射器或反射器的相对速率的多普勒参数，以及

○图4，在s已知时的空间/延迟-距离/多普勒-运动学模糊函数的工作原理图，在这种非限制性简化情况下将多普勒-运动学参数简化成直接链接到发射器或反射器的相对速率的多普勒参数。

考虑具有N个窄带(NB)数字传感器Ci的天线，数字传感器从源自已知时机的电磁或声发射系统的连续、脉冲或重复脉冲信号的发射器或反射器接收贡献(非限制性范例：预先解调的通信发射器，或其信号的特定部分是先验已知的-同步词和代码-信道发声器的发射部分)，向其添加由干扰和背景噪声构成的总噪声。给定这些假设，假设在传感器Ci输出处采样和观测到的信号的复包络的矢量x(kTe)由下式给出：

x(kT_e)≈s((k-l_o)T_e)exp[j2πm_o(k-l_o)/K]h_s+b_T(kT_e)       (1)

其中Te是数字传感器的采样周期，s(t)是所发射信号的复包络，为接收器所知并是KTe的时长，bT(kTe)是采样的总噪声矢量，不与源自反射器的信号相关，hs是与源自反射器的信号相关联的信道的脉冲响应矢量，loTe是源自反射器的信号的传输延迟，具体而言包含关于反射器、使用的发射系统和传感器之间的距离的信息、为简单起见假设等于多个Te的延迟，作为非限制性范例给出的假设，Δfo＝mo/KTe是反射器(可能是移动的)导致的多普勒频移，为简单起见假设等于处理操作KTe的积分时间倒数的倍数，作为非限制性范例给出的假设，其包含反射器相对于发射系统和所用传感器位置的相对速度的信息。严格来说，模型(1)表示对于例如自由空间中传播出现的没有时域扩散的传播信道(卫星电信、空中无线电通信等)或具有信号衰落的信道，对于具有信号衰落的信道而言，信道的相干频带大于信号的带宽，更多地称为术语“平坦衰落”，这影响到城区中的特定无线电通信或探测环境。具体而言，对于自由空间中的传播，其中φs和s分别对应于源自发射器或反射器的信号的相位和指引矢量。模型(1)还表示，将发射器或反射器的时域和频率参数简化为延迟和多普勒频移，仅仅对于特定运动学性质(匀速直线运动以及相对于过程的相干积分时间的有限速度)的发射器或反射器，本说明书才是严格完整的。

然而，该方法还适用于时域上扩散的信道。在这些状况下，(1)的有用部分实际上对应于源自发射器或反射器的信号的路径或传播模式的贡献，其他路径集成在总噪声矢量中。

此外，如前面强调的，该方法还适用于表现出的运动学性质比均匀且相对于过程积分时间而言速度有限的直线运动更复杂的发射器、反射器或传感器。在这些状况下，(1)的有用部分实际上对应于经历了这种运动学性质诱发的变形的信号的贡献以及必需要考虑与如前所述的一阶参数(1阶)互补的有用信号的观测值(例如时域斜变和多普勒斜变)，以便报告高的相对速度或运动，这时在作为本发明主题的过程相干积分阶段期间发射器、反射器或传感器的加速度有限；甚至与二阶参数(2阶)互补，以便报告作为本发明主题的过程的相干积分期间发射器、反射器或传感器的显著加速/减速阶段；最后在将该方法应用于通过这种方式通过s的变换获得的信号s_l，m之前对l表示的时域假设和m表示的频率假设诱发的信号s的变形进行建模。注意，上述参数列表不是限制性的，可以引入其他参数以对发射系统、传感器或反射器的运动对源自后者的信号的影响建模。

二阶观测统计量

在前述假设的条件下，在说明书下文中考虑的二阶统计量对应于在下式定义的传感器输出x(kTe)处采样和观测的信号复包络矢量的第一相关矩阵：

这通常取决于时间，因为所发射信号可能是不固定的(例如，用于通信信号的数字调制......)。在以上表达中，代表共轭转置， 是矢量bT(kTe)的第一相关矩阵，是将由用于自由空间传播的全向传感器接收的源自发射器或反射器的信号的瞬时功率。

例如，在包括几个接收天线C₁、……C_N和处理器P的接收器中实施下文所述的各实施例，处理器被编程控制来执行各步骤。结合图1、2、3和4给出各示范性实施例。

本发明的方法尤其依赖于在组合过程中利用空间分析和延迟-距离/多普勒-运动学分析的耦合来确定模糊函数。

本发明的示范性实施例

图1所示的本发明方法的第一变体实施例包括：找到时域/延迟-距离假设和频率/多普勒-运动学假设从而从观测矢量x_m((k+l)T_e)＝x((k+l)T_e)exp[-j2πm(k+l)/K](0≤k≤K-1)最佳地探测到已知样本s(kTe)，0≤k≤K-1，假设R(k)和hs是未知的，并且对传播信道和源自发射器或反射器的信号电平不做假设。

一种方法包括：找到和使得从最小二乘方的意义上，从对观测值x_m((k+l)Te)(0≤k≤K-1)的线性滤波操作最佳地估计已知样本s(kTe)，0≤k≤K-1。换言之，该方法试图找到使最小二乘方基准最小化的和

其中图1中引用的是使准则(3)最小化且由下式定义的空间滤波器

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

其中矢量和矩阵由下式给出

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

将(4)、(5)和(6)代入(3)，由下式给出最小二乘方准则的新表达：

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

其中图1中标示为4的使得由下式给出：

且由下式定义：

${\widehat{\mathrm{\π}}}_S=\left[\frac{1}{K}\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|s\left(k{T}_e\right)\right|}^2\right]---\left(9\right)$

从(7)导出，和分别是使(8)给出的充分统计量最大化的参数l和m。

在实践中，为探测阈值设置值β(图1中的5)，使得在没有源自发射器或反射器的信号时超过该阈值的统计量(8)等于被称为误报警概率(FAP)的特定值。因此，如果统计量(8)超过对(l，m)的阈值β，针对距离小区l和多普勒小区m探测发射器或反射器。

该接收器不要求对传播信道、干扰或所发射信号做任何假设，因为后者是部分或全部已知的(例如，在完成在先解调时)。该接收器不要求扫略空间。此外，它独立于观测矢量的功率，这意味着探测阈值独立于输入处存在的噪声水平，因为在K大于几个单位或几十单位时，统计量概率定律大致遵循高斯定律且不再受到干扰定律的影响(无论它们的水平如何)。

类似性比率方面的最佳性条件

从最佳探测时刻loTe和最佳多普勒频移Δf_o＝mo/KT_e开始，并假设具有两个假设H0和H1的情形，H0：仅在x_mo((k+lo)Te)中存在总噪声，H1：在x_mo((k+lo)Te)中存在总噪声和有用信号，可以如下表达：

H1：x_mo((k+l_o)T_e)≈s(kT_e)h_s+b_Tmo((k+l_o)T_e)      (10a)

H0：x_mo((k+l_o)T_e)≈b_Tmo((k+l_o)T_e)               (10b)

其中b_Tmo((k+l_o)T_e)＝b_T((k+l_o)T_e)exp[-j2πm_o(k+l_o)/K]，

在这一环境下，根据探测的统计理论(Neyman Pearson之后)[1]，基于所发射信号期间的观测值x_mo((k+lo)Te)探测源自发射器或反射器的信号s(kTe)的最佳策略包括：将类似性比率(RV)，L(x)(lo，mo)与阈值进行比较，类似性比率被定义为：

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

其中p[x_mo((k+l_o)T_e)，0≤k≤K-1/Hi](i＝0，1)是在假设Hi的条件下，矢量[x_mo(l_oT_e)^T，x_mo((1+l_o)T_e)^T，...，x_mo((K+l_o-1)T_e)^T]^T的条件概率密度。然后能够表明，如果符合以下条件，在一般化类似性比率的意义上，由(8)表征的接收器是对源自发射器或反射器的信号进行最佳探测的问题的充分统计量：

A1：样本bTmo((k+lo)Te)彼此不相关，0≤k≤K-1；

A2：矩阵R((k+lo)Te)不取决于k，

A3：矩阵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)在二阶是圆形的，0≤k≤K-1

统计量(8)还可以被写成标示为4的形式：

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

其中是用于观测矢量x_m((k+l)Te)的滤波器的输出。于是，从(12)导出，在归一化因子之内，充分统计量，4对应于已知信号s(kTe)和滤波器的输出ym((k+l)Te)之间的相关3的结果，如图3所示。

在最小二乘方的意义上，滤波器是在K→∞时获得的在K个观测矢量上对滤波器的估计，其使得s(kTe)和输出之间的平均二次误差在无限观测时界上的时域平均最小化，其中

且其中<.>是在无限观测时界上以k为单位的时域平均操作。只要l和m分别与lo和mo保持远离，滤波器w(l，m)就保持接近零，这样产生也接近零的统计值由于所发射信号的时长有限，在估计噪声之内。在l和m分别接近lo和mo时，增大并在l＝l_o和m＝m_o时达到其最大值。在这种情况下，所发射信号s(kTe)和观测矢量x_mo((k+lo)Te)的有用部分同相，假设总噪声和所发射信号之间统计独立，滤波器w(lo，mo)对应于以下空间适配滤波器(SAF)：

即，对应于使输出处的信号与干扰加噪声比(SINR)最大化的空间滤波器，其中

因此，C(l_o，m_o，K)被写为：

其中SINRy是在SAF，w(lo，mo)的输出处的SINR，被定义为：

函数C(lo，mo，K)是SINRy的递增函数，在输出SINRy处信号与干扰加噪声比值高时接近一。只要干扰的数量保持小于传感器的数量，SAF(13)就拒绝干扰，同时使输出处的信噪比(SNR)最大化。在这些条件下，所发射信号和SAF估计的输出之间的相关操作从有限数量的样本K产生最大相关，样本K的最小值因此应当在输出处的SINR减小时增大。

于是，对于每个被扫描距离/多普勒小区而言，计算关联的SAF使得能够使窃听路径输出处的SINR最大化，而对于常规接收器而言，空间滤波器对于同一个空间小区的所有距离/多普勒小区都是恒定的。

说明

时域假设或提供探测的距离小区给出关于从发射器到接收器的相对延迟/距离(如果发射器上有同步信息可用，也关于绝对延迟/距离)的信息或关于反射器相对于发射器和接收器的距离的信息。

频率假设或提供探测的多普勒小区给出关于发射器相对于接收器的相对速度或反射器相对于发射器和接收器的位置和运动的速度的信息。

与探测相关联的空间小区被定义为 能够想象提供探测以及对发射器和反射器的同时表征，而对它们的位置没有先验了解，且没有空间扫略。

提出的处理操作并非唯一针对使用固定或旋转定向天线，无论是在被操作发射系统的水平还是在作为本发明主题的传感器和方法的水平上，这样能够实现逐扇区地搜索并针对噪声(改善灵敏度)提供额外的天线增益和对干扰的补充空间滤波。

即使发射系统甚至在同一频带中同时发射不同信号(例如“彩色”发射)，也可以想到本发明提出的处理。

对该方法进行空时扩展以在存在干扰和多传播路径且存在接收系统故障时改善性能

在有大量干扰时，例如在存在源自与多个传播路径相关联的多个发射器的信号的情况下，要处理的信号源自反射器时，或者在使用的接收系统呈现出一定的不稳定或灵敏度降低故障时，能够增加该方法中自由度的数量，因此改善其分离能力、其区分低速发射器和反射器的能力以及其灵敏度。上文所述的步骤使用对所接收总信号的时域预过滤，对于每个干扰发射器，所述步骤包括评估干扰发射器的总体贡献-这种贡献源自由干扰源、由与其相关联的传播滤波器发射的信号的卷积，这种信号和这种滤波器是预先估计的-，然后，从输入信号减去干扰发射器导致的总贡献。在下文中通过例示和非限制性方式给出了简化的示范性实施例，附图2表示与作为本扩展主题的空时预滤波相关联的前面所述的一般方法的实施。

例如，强干扰对应于值比要探测的接收器大10到40dB的干扰。

为了对信号进行预过滤，必需要估计干扰源发射的信号s_int(kTe)以及与其相关联的信号传播信道g_int(lTe)。图2示出了s_int的不同构造可能。

为此，根据以下情况可以实施不同方法：

●在干扰源例如是(以非限制性方式)信道发声器、预先调制的无线电通信或无线电广播发射器、雷达或有源声纳时，在原来发射的干扰信号s_int完全已知时：

●从干扰发射器向接收器传播信号诱发该方法通过本领域的技术人员已知的任何估计方法评估滤波器，例如(以非限制性方式)，方式是搜索在时刻l₀使下面的时域最小二乘方准则最小化的传播滤波器g_int＝(g_int1，g_int2，...，g_intL)的系数g_int0＝g_int(l₀T_e)，g_int1＝g_int((l₀+1).T_e)，...，g_intL＝g_int((l₀+L).T_e)，根据在适当选择的天线上所取的信号x并根据在L个时域样本上所取的仿样S_int＝(s_int((l_o+l)T_e)，s_int((l₀+l+1)T_e)，...，s_int((l₀+l+L-1)T_e))^T评估所述系数。

适当恢复的滤波器的脉冲响应g_int包含从发射器到接收器的所有传播路径。

在部分知道原始发射的干扰信号sint时，在干扰源例如是标准化的或已知技术规范主题的通信发射器时：通过本领域的技术人员已知的方法估计用于接收到的干扰信号的平衡滤波器；如果存在信号中先验已知的序列，通过对该序列进行时间和频率同步，并应用本领域技术人员已知的估计g_int的任何方法，例如(非限制性方式)使全部或部分工作于源自发射器的信号S_int的已知部分的先前准则最小化；或者如果存在信号中先验已知的序列，通过对该序列进行时间和频率同步，然后对整个干扰信号s_int进行解调/均衡，并应用本领域技术人员已知的估计g_int的任何方法，例如(非限制性方式)通过使用所恢复干扰信号s_int的部分来使先前准则最小化；或者，最后通过盲符号同步技术、涉及所接收信号x的载波恢复/解调/均等并利用源自干扰源s_int的信号上的可用先验知识以恢复之，然后应用本领域技术人员已知的估计g_int的任何方法，例如(非限制性方式)通过使用所恢复干扰信号s_int的部分来使先前准则最小化。

注意，原则上，将前述步骤的不管哪一个应用于在例如专用于对前向信号解调(这是图2的非限制性范例)的适当选择的特定天线上接收的信号x，或在天线网络上接收的信号，可能与用于将该方法用于有用信号的信号相同：在这种情况下，通过针对x((l₀+l)Te)，g_int1和s_int((l₀+l)Te)，考虑到维度为N×1的信号矢量(N为天线数量)并考虑N维复矢量的空间中的矢量范数，要最小化的准则的前述表达在形式上保持相同。在这种情况下，获得干扰源和传感器之间的传播信道的脉冲响应的空时(不再仅仅是时间)估计。

从前述步骤中的一个或其他步骤，除了源自干扰源s_int(kTe)的信号之外，还导出干扰发射器和接收器之间的传播滤波器g_int。

此外，通过将多普勒假设引入仿样s_int并将信号s_int的重复和重现作为基准，能够精确地估计振荡器、混频器和传感器时钟的相对漂移。

步骤6B)在所选的干扰发射器是固定的，或位置和运动学性质已知且比传感器更稳定时，在应用作为本发明主题的方法时使用估计的漂移以增加积分时间(即增大参数K)，因此改善该方法的灵敏度、其多普勒分辨率以及其区分低速反射器或发射器的能力。最后，将该方法的这种扩展重复到几个干扰发射器能够在下文所述的信号校正之前进一步细化估计。

步骤6C)通过发射器-接收器传播滤波器的前述估计g_int对来自干扰发射器的信号s_int进行卷积，然后从天线上接收的总信号减去这种操作得到的贡献或结果，对有用信号、天线网络上的总信号分量进行预过滤。通过这种方式，通过(时域)处理消除了干扰发射器(前向路径+多路径)造成的能量贡献的大部分，在这种预过滤获得的信号中大大增强了源自发射器或反射器的有用信号的信号干扰比和相对贡献。在完成这种预过滤时，然后将本发明的方法应用于从输入信号x获得的信号x’，因此提高了总灵敏度和总体性能水平。

步骤6D)通过估计并补偿接收器中的时钟漂移和本地振荡器漂移，通过这种扩展还大大增大了在实施该方法时能够使用的样本数量的值K，因此增大了多普勒分辨率、区分低速反射器的能力以及该方法的处理增益和灵敏度。

在总噪声非圆时扩展该方法

图3示出了另一示范性实施例，在干扰呈现出非圆性质时，在前述方法的扩展时实施的步骤利用了这种性质。尽管所发射信号具有非圆性质，也可以想到使用这种接收器。最好的情况对应于所发射信号是直线性的，换言之其复包络s(kTe)具有实数值的情况。尤其对于调幅(AM、ASK)或2状态调相(BPSK)发射信号就是这种情况。在这些状况下，利用如下定义的统计量(图3中的10)替换充分统计量(8)是有利的：

其中且其中和是由(5)和(6)定义的，其中x_m((k+l)T_e)被(图3中的6)替换，图3为充分统计量(16)的工作原理图。

将统计量(17)扩展到所发射信号，在退旋预处理之后，所发射信号变为准直线性的。尤其对于π/2-BPSK或OQPSK型的所发射信号，甚至特定的连续相调制(CPM)，即调频的且具有连续相，例如MSK和GMSK信号而言，就是这种情况。在这些状况下，必需要实施充分统计量(17)，但要通过用L个时域去旋的空时矢量替换空间矢量来实施：

如果L为奇数，以及如果L为偶数，

其中 且T是所发射信号的符号时间。

在已知或假设反射器的指引矢量时扩展该方法

标称扩展

在传播发生于自由空间中时，有用信道矢量h_s被表达为其中φ_s和s分别对应于源自发射器或反射器的信号的相位和指引矢量。在考虑空间的空间扫略时(对于常规探测结构就是这种情况)，可以认为在扫描发射器或反射器的空间小区时矢量s是已知的。在这些状况下，采取假设A1到A6，但用单个未知相位φs的假设A4’替换假设A4，常规的探测结构仅对源自低功率发射器或反射器的信号而言证明是理想的，对于源自大功率发射器或反射器的信号变为不那么理想。在这些状况下，假设以非常低的FAP作为目标，针对所有信号电平优化探测性能水平可以被证明是有用的。

在特定状况下，如图4中的13、12、14所示，用于在空间小区s、距离小区l和多普勒小区m中的时长0≤k≤K-1上探测已知信号s(kT_e)的充分统计量由下式给出：

其中12，由(8)定义。表达式(17)是在矢量s已知时(8)的扩展。对于低的SINR_y值(SINR_y＜＜1)，从(16)中导出和统计量(17)可以近似为

SINR_y＜＜1(19)

其对应于自适应信道形成时常规使用的结构14，但由项进行标准化，对于独立于输入噪声或干扰功率的给定FAP而言，这允许对探测阈值β，15进行调节。另一方面，对于不再低的SINR_y值而言，具有已知s的最佳探测器采用前面解释的统计量因为在这种情况下空间滤波器收敛得快于滤波器如[3]中所示。在图4中示出了充分统计量(17)的工作原理图。

仅总噪声参考是可用的，从经由仅噪声参考样品获得的仅总噪声矩阵的估计而非观测相关矩阵的估计实施前述步骤。

非圆扩展

在干扰表现出非圆性质时，即使在假设s已知时，也可以使用能够利用这种性质的接收器。尽管可以构思实施这种接收器而不顾所发射信号的非圆性质，最佳情况还对应于所发射信号为直线性的情况。在这些状况下，利用如下定义的统计量替换充分统计量(17)是有利的：

其中M是如下定义的矩阵(Nx2)

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

针对在去旋预处理之后变成准直线性的所发射信号扩展统计量(20)。在这些状况下，必需要实施充分统计量(20)，但要通过前面段落中定义的用L个时域获取去旋的空时矢量，替换空间矢量来实施。

具有仅噪声参考的非圆扩展

对于一定数量的应用而言，通过接收没有任何有用信号的二次数据，仅噪声加干扰的参考是可用的。例如，在这种二次数据能够源自与要探测的有用信号的存在相关联的那些距离-多普勒小区相邻的距离-多普勒小区时，就是这种情况。在这些状况下，可以通过任何相关矩阵估计器从这种二次数据估计扩展的总噪声的相关矩阵。从那以后，可以实施具有仅总噪声参考的非圆探测器。如果s是未知的，这种探测器可以对应于接收器(17)，或者如果s是已知的，对应于接收器(20)，但要通过用经由仅噪声参考样本获得的而非扩展观测相关矩阵的估计替换来对应，其中

以同样的方式，还可以根据同样的方法构造具有仅总噪声参考的接收器，该参考既使用基本数据(信号加总噪声)又使用二次数据。

针对宽带源的扩展

在接收的源(源自发射器或反射器的有用信号、干扰)对于使用的天线网络是宽带时，前述处理性能水平降低，可以实施以下两种变体实施例，在比例B_e/f₀或πDB_e/c超过几个百分比时发生这种情况，其中D是网络的孔径，B_e是信号的等价带宽(视为接收频带中包括的Be)，f₀为信号的载波，c是传播速度：

第一种实施例包括：将接收频带整理成几个对于网络而言窄的子带，以及逐个子带实施前述处理操作。这种策略的优点是其并行安排相对简单的处理操作。

第二实施例包括实施接收空间-时间结构。

在对于传感器网络而言信号不再是窄带的情况下(πDB/c超过几个百分比)：前述空间矢量x_m((k+l)T_e)被具有L个时域获取的空时矢量替换：如果L为奇数，而如果L为偶数。

在与载波相比信号也是宽带的情况下(B_e/f₀超过几个百分比)以及发射器或反射器的运动学性质要求考虑在仿样信号s上诱发的形变的情况下：向前述处理操作中不仅引入延迟lT_e和多普勒m/(KT_e)变量，而且引入诸如积分时间K上的延迟压缩和多普勒压缩的额外一阶变量，诸如前述变量的时域漂移的二阶变量等，通过l表示的时域变量(延迟-位置等)和m表示的频率变量(多普勒-运动学性质等)写入对应于原始信号s的变换的信号s_l，m，并使用信号s_l，m来实施如前述权利要求中主张的方法的步骤并将本发明的方法应用于该信号s_l，m。

这种方式提供了不向距离分辨率中引入任何损失的优点。

补充处理操作

可以利用前面描述的结构之一构思补充处理操作。具体而言，可以基于与距离/多普勒小区相关联的观测值x_m((k+l)T_e)，或或基于在作为K的倍数或约数的间隔上观测值与所发射信号s(kT_e)的相关结果，换言之，基于矢量K’除以K或K除以K’(这是参考测角的情形)构思目标在于从角度上定位给定距离/多普勒小区的所有发射器的高分辨率测角技术。

在s已知的情况下，可以在将观测值的空间滤波限制到空间小区s之后实施这些技术。

本发明的方法例如用于位置已知的接收系统，以及面对同步、位置或运动学信息在本发明使用的信号发射或反射上可用的发射器或反射器，这样能够从本发明基于作为本发明主题的方法产生的相对信息推断出绝对的时域信息(延迟/距离)和绝对频率信息(速度/绝对多普勒效应)。

根据一个示范性实施，在彼此同步和通信或与操作中心同步和通信的几个接收系统上重复该方法的使用，以产生关于发射器和反射器的同步、位置或运动学信息，以便获得发射器和反射器的绝对时域和频率信息。

可以在以下应用之一中使用本发明的方法：传播信道测量(发声)、无线电通信和无线电广播网络的计量、通信发射器的解调和测角、有源和无源雷达、有源声纳、敌友询问，敌友询问更多地被称为“鉴别朋友和敌人(IFF)”。

根据变体实施例，在该方法中，例如，分别用未多普勒化(m＝0)且未时域偏移(l＝0)的观测矢量，x(kT_e)，x_st(kT_e)或替换多普勒化和时域偏移的观测矢量x_m((k+l)T_e)，x_m，st((k+l)T_e)或其中参考信号是多普勒化的且时域偏移的，即被s_m((k+l)T_e)＝s(kT_e)exp[j2πm(k+l)/K].替换。

本发明的方法可以包括基于延迟-距离/多普勒-运动学或空间/延迟-距离/多普勒-运动学假设的常规测角步骤(高分辨率等)或参考测角步骤，包括以下方式实施常规或高分辨率测角技术：

●基于与能量距离/多普勒(l，m)相关联的观测值x_m((k+l)T_e)，x_m，st((k+l)T_e)或

●或者基于在作为K的约数的时段上的观测值x_m((k+l)T_e)，x_m，st((k+l)T_e)或与所发射信号s(kT_e)

相关的结果，

●在指引矢量s已知的情况下，在将观测值的可能空间滤波限制到空间小区s之后。

本发明的装置和方法使得尤其能够测量传播，探测和/或定位包括N个传感器的系统中的固定或移动发射器或反射器，传感器从发射器或反射器接收信号，发射器或反射器包括至少一个模块，使其能够执行该方法的步骤。

根据变体实施例，发射器或反射器的指引矢量是已知的，该方法包括以下步骤。

●从所发射信号的K个已知样本s(kTe)和K个频率偏移观测值x_m((k+l)T_e)＝x((k+l)T_e)exp[-j2πm(k+l)/K]估计矢量0≤k≤K-1，

●从K个频率偏移观测值x_m((k+l)T_e)＝x((k+l)T_e)exp[-j2πm(k+l)/K]估计矩阵0≤k≤K-1，

●计算充分统计量

其中是由(9)定义的，

●计算充分统计量

●针对给定误报警概率设置探测阈值，

●将统计值与设置的探测阈值比较，如果超过该阈值，要求探测距离/多普勒小区(l，m)和空间小区s中的反射器，

●从l估计发射器或反射器的相对延迟和距离，

●从m估计发射器或反射器的多普勒和相对速度/运动学性质，

●从s估计反射器的角位置。

参考文献

[1]H.L.VAN TREES，“Detection，Estimation and ModulationTheory”，Part I，II，III，Wiley and Sons，1971

[2]J.DARRICAUT，“Physique et Théorie du radar”，Volumes 1，2，3，Editions Sodipe，1993，

[3]R.A.MONZINGO，T.W MILLER，“Introduction to adaptivearrays”，John Wiley and sons，1981

[4]W.S.BURDIC，“Underwater Acoustic System Analysis”，Prentice Hall Sig.Proc.Series 2^nd edition，19991

Claims (28)

1.一种用于在包括N个传感器的系统中确定涉及固定或移动的发射器、反射器或传感器的传播信道脉冲响应的一个或多个参数、探测和确定这些发射器和反射器的位置和运动学参数的方法，所述传感器接收来自所述反射器上的反射或所述发射器的信号，其中N大于等于2，所述方法至少包括以下步骤：

о利用空间分析和延迟-距离/多普勒-运动学分析的耦合确定模糊函数，

o确定对应于已知信号s(kTe)和空间滤波器w(l,m)输出之间的相关性的至少一个充分统计量所述已知信号对应于所发射信号的复包络且经过了与关于所述发射器、接收器和反射器的位置和运动学参数和关于传播的波动的假设相关联的可能变换，其中l是一组时域假设的符号表示，其中m是一组频率假设的符号表示，采用观测量x_m((k+l)Te)作为输入，通过将用于对(l,m)的统计值与探测阈值比较确定所述对(l,m)的值，其中0≤k≤K-1，Te是接收信号的传感器的采样周期，K是所述已知信号s(kTe)的样本个数；

其中，在将l符号表示的时域参数简化为延迟或距离的情况下，且在将m符号表示的运动学参数简化为多普勒或相对速度时，所述方法至少包括以下步骤：

对于每种延迟假设l和每种多普勒假设m：其中m是对变量x_m和做索引的多普勒/运动学参数，

-利用所发射的信号的K个已知样本s(kTe)以及在频率上偏移的K个观测值x_m((k+l)T_e)＝x((k+l)T_e)eXp[-j2πm(k+l)/K]，0≤k≤K-l，估计矢量(5),

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

其中，x(kTe)是所采样和所观测的信号的复包络的矢量；

-从频率上偏移的所述K个观测值x_m((k+l)Te)＝x((k+l)Te)exp[-j2πm(k+l)/K]估计矩阵0≤k≤K-1；

-计算所述充分统计量

其中

是由所述已知信号的平均功率的最小二乘方估计定义的，

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

所述方法的特征在于，其至少包括如下步骤：

计算充分统计量：

其中，s是从所述发射器或反射器产生的信号的方向矢量；

针对给定误报警概率设置所述探测阈值，

将所述统计值与设置的探测阈值比较，如果超过该阈值，要求探测距离/多普勒小区(l,m)和空间小区中的反射器，

从l估计所述发射器或反射器的相对延迟和距离，

从m估计所述发射器或反射器的相对多普勒和速度/运动学性质，

从空间小区估计所述反射器的角位置；

其中，代表共轭转置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在最复杂的情况下，

3A)将时域参数引入由l符号表示的延迟-位置的定义、引入由m符号表示的多普勒-运动学参数的频率参数的定义，并引入每个假设l和m上的所述已知信号s(kTe)的定义，信号的变化和变换由所述发射器、接收器或反射器的运动引起，由传播信道的波动引起，这取决于延迟-位置假设、相对多普勒-速度假设、处理积分时间、信号的等价带宽、当在处理积分时间期间信号是脉冲式时的信号的等价时长及其周期、延迟随这一时间的波动、多普勒效应随这一时间的波动，

3B)根据由l符号表示的时域假设和由m符号表示的频率假设使用从s的变换获得的信号s_l,m。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述延迟的波动是由时域斜变建模到一阶的波动。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述多普勒波动由多普勒斜变建模到一阶。

5.根据权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于对于信号受到高干扰的发射器或反射器的探测而言，使用信号x’m((k+l)Te)和仿样s’而不是输入信号x_m((k+l)Te和原始仿样，信号x’_m((k+l)Te))是从信号x_m((k+l)Te)获得的，仿样s’是借助于涉及增强空-时滤波器的操作从原始仿样或变换的仿样s_l,m获得的，所述操作如下：

6A)对于每个干扰发射器：

通过使准则最小化估计从所述发射器到所述接收器的传播滤波器的脉冲响应g_int，仿样S_int＝(s_int((l₀+l)Te),s_int((l₀+l+1)Te),...,s_int((l₀+l+L-1)Te))^T或 是通过原始干扰信号的总先验知识、或通过原始干扰信号的部分先验知识、或借助本领域技术人员已知的任何方式通过对所述原始干扰信号的解调/均等获得的，并经过可能的变换而成S_int,m,l；其中，代表共轭转置；s_int(kTe)是干扰源发射的信号；l₀是使所述充分统计量最大化的参数l；s_intm,l是仿样；

6B)对于固定的或运动学已知且根据它们的频率和时间稳定性选择的一个或多个干扰发射器而言，

向所述仿样S_int中引入不同的频率假设，并采用所述仿样中存在的重现，以便在大的积分长度K上精确估计相对于所述干扰发射器的频率和时间偏离，针对用于接收和取样信号的系统的混频器和时钟的本地振荡器估计相对于所述干扰发射器的漂移。

6.根据权利要求1、2和3之一所述的方法，其特征在于使用观测矢量所述观测矢量由观测矢量及其共轭复数构成，且其特征在于从而不是x_m((k+l)Te)实施权利要求1或2所述的步骤；

其中，代表共轭转置。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于还有仅总噪声参考可用，且其特征在于利用经由仅噪声参考样本获得的扩展仅总噪声矩阵的估计取代扩展的观测相关矩阵的估计，来实施权利要求1或2所述的步骤，其中

其中，代表共轭转置；所述总噪声由干扰和背景噪声构成。

8.根据权利要求1、2、3、4和7之一所述的方法，其中在去旋转之后所发射信号是准直线性的，在干扰与所述信号一起接收的情况下，所述干扰不是圆形的，或者所述传播信道在时间上是扩散的，其特征在于，使用的空时矢量对于准直线性调制而言是去旋转的，或对于具有L个时域获取的直线性调制是非去旋转的，如果L是奇数, $\tilde{x}\mathrm{dm},\mathrm{st}\left((k+l)\mathrm{Te}\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}[\tilde{x}$ $\mathrm{dm}{\left((k+(L-1)/2)T_e\right)}^T,...,\tilde{x}\mathrm{dm}{\left((k-(L-1)/2)T_e\right)}^T{]}^T,$ 如果L是偶数， $\tilde{x}\mathrm{dm},\mathrm{st}\left((k+l)T_e\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}{[\tilde{x}\mathrm{dm}{\left((k+L/2)\mathrm{Te}\right)}^T,...,\tilde{x}\mathrm{dm}{\left((k-L/2)\mathrm{Te}\right)}^T]}^T,$ 其中 $x_{\mathrm{dm}}\left((k+l)T_e\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}{x}_d\left((k+l)\mathrm{Te}\right)$ $\exp [-j2\mathrm{\&pi;m}(k+l)/K],x_d\left(t\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}{j}^{-t/T_{x\left(t\right)}},$ T是符号时长，表示等于；x(t)是与矢量x(kTe)相对应的观测值。

9.根据权利要求1、2、3、和7之一所述的方法，其特征在于有仅总噪声参考可用，且其特征在于利用经由仅噪声参考样本获得的仅总噪声矩阵的估计取代观测相关矩阵的估计来实施权利要求2、3或7所述的步骤；

其中，所述总噪声由干扰和背景噪声构成。

10.根据权利要求1、2、3和7之一所述的方法，其中对于直线发射信号和潜在非圆干扰而言，所述反射器的指引矢量是已知的，其特征在于其至少包括以下步骤：

计算充分统计量

构造矩阵

$M\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}\left(\begin{array}{cc}s& 0\\ 0& s^{*}\end{array}\right)---\left(21\right)$

构造统计量

${\hat{F}}_{\mathrm{nc}}(l,m,s,K)=(1/{\widehat{\mathrm{\&pi;}}}_S)---\left(20\right)$

针对给定误报警概率设置所述探测阈值，

将所述统计值与所述阈值比较，如果超过所述阈值，则探测空间小区和距离/多普勒小区(l，m)中的发射器或反射器，

从l估计所述发射器或反射器的相对延迟和距离，

从m估计所述发射器或反射器的相对多普勒和速度/运动学性质，

从空间小区估计所述发射器或反射器的角位置；

其中，代表共轭转置。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于还有仅总噪声参考可用，且其特征在于利用经由仅噪声参考样本获得的扩展仅总噪声矩阵的估计取代扩展的观测相关矩阵的估计，来实施权利要求10所述的步骤，其中

其中，所述总噪声由干扰和背景噪声构成；bm(kTe)是采样的总噪声矢量。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于分别用未多普勒化(m＝0)且未时域偏移(l＝0)的观测矢量x(kT_e),或替换多普勒化和时域偏移的观测矢量x_m((k+l)T_e),x_m,st((k+l)T_e)或其中参考信号s(kTe)是多普勒化的且时域偏移的，即被s_m((k+l)Te)＝s(kTe)exp[j2πm(k+l)/K]替换；

其中，

如果L为奇数， $x_{m,\mathrm{st}}\left((k+l)T_e\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}{[x_m{\left((k+(L-1)/2)\mathrm{Te}\right)}^T,...,x_m{\left((k-(L-1)/2)\mathrm{Te}\right)}^T]}^T;$

如果L为偶数， $x_{m,\mathrm{st}}\left((k+l)T_e\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}{[x_{\mathrm{dm}}{\left((k+L/2)\mathrm{Te}\right)}^T,...,x_{\mathrm{dm}}{\left((k-L/2)\mathrm{Te}\right)}^T]}^T.$

13.根据权利要求1、2、3和7之一所述的方法，其特征在于，在源自所述发射器、所述反射器或干扰的信号对于所用天线阵列而言是宽带时，一旦比例B_e/f₀或πDB_e/c超过几个百分比就发生这种情况，其中D是所述阵列的孔径，B_e是信号的等价带宽，f₀是信号的载波，c是传播速度，实施以下变体实施例之一：

-将所述接收频带构造为几个子带，对于阵列而言是窄的；一次一个子带地实施作为前述权利要求主题的处理操作，

-实施接收空间-时间结构，

·在所述信号对于传感器阵列不再是窄带的情况下：利用具有L个时域获取的空时矢量x_m,st((k+l)Te)替换前述空间矢量x_m((k+l)Te)：如果L为奇数， $x_{m,\mathrm{st}}\left((k+l)T_e\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}[x_m{\left((k+(L-1)/2)T_e\right)}^T,...,$ $x_m{\left((k-(L-1)/2)T_e\right)}^T{]}^T,$ 如果L为偶数, $x_{m,\mathrm{st}}\left((k+l)\mathrm{Te}\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}[x_{\mathrm{dm}}\left(\right(k$ $+L/2T_e{)}^T,...,x_{\mathrm{dm}}{\left((k-L/2)T_e\right)}^T{]}^T;$

·在与载波相比信号也是宽带的情况下以及所述发射器或反射器的运动学性质要求考虑在仿样信号s上诱发形变的情况下：向前述处理操作中不仅引入延迟和多普勒变量，而且引入积分时间K上的延迟压缩和多普勒压缩的额外1阶变量，前述变量的时域导数的2阶变量等，通过l符号表示的时域变量和m符号表示的频率变量写入对应于原始信号的变换的信号s_l,m，并使用信号s_l,m来实施如前述权利要求中主张的方法的步骤。

14.根据权利要求1、2、3和7之一所述的方法，其特征在于其包括基于延迟-距离/多普勒-运动学或空间/延迟-距离/多普勒-运动学假设的常规测角步骤或参考测角步骤，包括通过以下方式实施常规或高分辨率测角技术：

·从与能量距离/多普勒(l,m)相关联的观测值x_m((k+l)Te),x_m,st((k+l)Te)或实施，或

·从作为K约数的时段上的观测值x_m((k+l)Te),x_m,st((k+l)Te)或与所发射信号s(kTe)的相关结果实施，或

·在指引矢量s已知的情况下，在将观测值的可能空间滤波限制到空间小区之后实施。

15.一种用于在包括N个传感器的系统中确定涉及固定或移动的发射器、反射器或传感器的传播信道脉冲响应的一个或多个参数、探测和确定这些发射器和反射器的位置和运动学参数的装置，所述传感器接收来自所述反射器上的反射或所述发射器的信号，其中N大于等于2，所述装置至少包括以下模块：

o用于利用空间分析和延迟-距离/多普勒-运动学分析的耦合确定模糊函数的模块，

o用于确定对应于已知信号s(kTe)和空间滤波器w(l,m)输出之间的相关性的至少一个充分统计量的模块，所述已知信号对应于所发射信号的复包络且经过了与关于所述发射器、接收器和反射器的位置和运动学参数和关于传播的波动的假设相关联的可能变换，其中l是一组时域假设的符号表示，其中m是一组频率假设的符号表示，采用观测量x_m((k+l)Te)作为输入，通过将用于对(l,m)的统计值与探测阈值比较确定所述对(l,m)的值，其中0≤k≤K-1，Te是接收信号的传感器的采样周期，K是所述已知信号s(kTe)的样本个数；

其中，在将l符号表示的时域参数简化为延迟或距离的情况下，且在将m符号表示的运动学参数简化为多普勒或相对速度时，所述装置至少包括以下模块：

对于每种延迟假设l和每种多普勒假设m：其中m是对变量x_m和做索引的多普勒/运动学参数，

-用于利用所发射的信号的K个已知样本s(kTe)以及在频率上偏移的K个观测值x_m((k+l)T_e)＝x((k+l)T_e)exp[-j2πm(k+l)/K]，0≤k≤K-l，估计矢量(5)的模块,

其中，x(kTe)是所采样和所观测的信号的复包络的矢量；

-用于从频率上偏移的所述K个观测值x_m((k+l)Te)＝x((k+l)Te)exp[-j2πm(k+l)/K]估计矩阵0≤k≤K-1的模块；

-用于计算如下充分统计量的模块

其中

是由所述已知信号的平均功率的最小二乘方估计定义的，

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

用于计算如下充分统计量的模块：

其中，s是从所述发射器或反射器产生的信号的方向矢量；

用于针对给定误报警概率设置所述探测阈值，

用于将所述统计值与设置的探测阈值比较，如果超过该阈值，要求探测距离/多普勒小区(l,m)和空间小区中的反射器的模块，

用于从l估计所述发射器或反射器的相对延迟和距离的模块，

用于从m估计所述发射器或反射器的相对多普勒和速度/运动学性质的模块，

从空间小区估计所述反射器的角位置；

其中，代表共轭转置。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，在最复杂的情况下，

3A)将时域参数引入由l符号表示的延迟-位置的定义、引入由m符号表示的多普勒-运动学参数的频率参数的定义，并引入每个假设l和m上的所述已知信号s(kTe)的定义，信号的变化和变换由所述发射器、接收器或反射器的运动引起，由传播信道的波动引起，这取决于延迟-位置假设、相对多普勒-速度假设、处理积分时间、信号的等价带宽、当在处理积分时间期间信号是脉冲式时的信号的等价时长及其周期、延迟随这一时间的波动、多普勒效应随这一时间的波动，

3B)根据由l符号表示的时域假设和由m符号表示的频率假设使用从s的变换获得的信号s_l,m。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于所述延迟的波动是由时域斜变建模到一阶的波动。

18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于所述多普勒波动由多普勒斜变建模到一阶。

19.根据权利要求15和16之一所述的装置，其特征在于对于信号受到高干扰的发射器或反射器的探测而言，使用信号x’m((k+l)Te)和仿样s’而不是输入信号x_m((k+l)Te和原始仿样，信号x’_m((k+l)Te))是从信号x_m((k+l)Te)获得的，仿样s’是借助于涉及增强空-时滤波器的操作从原始仿样或变换的仿样s_l,m获得的，所述操作如下：

6A)对于每个干扰发射器：

通过使准则最小化估计从所述发射器到所述接收器的传播滤波器的脉冲响应g_int，仿样S_int＝(s_int((l₀+l)Te),s_int((l₀+l+1)Te),...,s_int((l₀+l+L-1)Te))^T或 是通过原始干扰信号的总先验知识、或通过原始干扰信号的部分先验知识、或借助本领域技术人员已知的任何方式通过对所述原始干扰信号的解调/均等获得的，并经过可能的变换而成S_int,m,l；其中，代表共轭转置；s_int(kTe)是干扰源发射的信号；l₀是使所述充分统计量最大化的参数l；s_intm,l是仿样；

6B)对于固定的或运动学已知且根据它们的频率和时间稳定性选择的一个或多个干扰发射器而言，

向所述仿样S_int中引入不同的频率假设，并采用所述仿样中存在的重现，以便在大的积分长度K上精确估计相对于所述干扰发射器的频率和时间偏离，针对用于接收和取样信号的系统的混频器和时钟的本地振荡器估计相对于所述干扰发射器的漂移。

20.根据权利要求15、16和17之一所述的装置，其特征在于使用观测矢量所述观测矢量由观测矢量及其共轭复数构成，且其特征在于从而不是x_m((k+l)Te)实施权利要求15或16所述的模块；

其中，代表共轭转置。

21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于还有仅总噪声参考可用，且其特征在于利用经由仅噪声参考样本获得的扩展仅总噪声矩阵的估计取代扩展的观测相关矩阵的估计，来实施权利要求15或16所述的模块，其中

其中，代表共轭转置；所述总噪声由干扰和背景噪声构成。

22.根据权利要求15、16、17、18和21之一所述的装置，其中在去旋转之后所发射信号是准直线性的，在干扰与所述信号一起接收的情况下，所述干扰不是圆形的，或者所述传播信道在时间上是扩散的，其特征在于，使用的空时矢量对于准直线性调制而言是去旋转的，或对于具有L个时域获取的直线性调制是非去旋转的，如果L是奇数, $\tilde{x}\mathrm{dm},\mathrm{st}\left((k+l)\mathrm{Te}\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}[\tilde{x}$ $\mathrm{dm}{\left((k+(L-1)/2)T_e\right)}^T,...,\tilde{x}\mathrm{dm}{\left((k-(L-1)/2)T_e\right)}^T{]}^T,$ 如果L是偶数， $\tilde{x}\mathrm{dm},\mathrm{st}\left((k+l)T_e\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}{[\tilde{x}\mathrm{dm}{\left((k+L/2)\mathrm{Te}\right)}^T,...,\tilde{x}\mathrm{dm}{\left((k-L/2)\mathrm{Te}\right)}^T]}^T,$ 其中 $x_{\mathrm{dm}}\left((k+l)T_e\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}{x}_d\left((k+l)\mathrm{Te}\right)$ $\exp [-j2\mathrm{\&pi;m}(k+l)/K],x_d\left(t\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}{j}^{-t/T_{x\left(t\right)}},$ T是符号时长，表示等于；x(t)是与矢量x(kTe)相对应的观测值。

23.根据权利要求15、16、17、和21之一所述的装置，其特征在于有仅总噪声参考可用，且其特征在于利用经由仅噪声参考样本获得的仅总噪声矩阵的估计取代观测相关矩阵的估计来实施权利要求16、17或21所述的模块；

其中，所述总噪声由干扰和背景噪声构成。

24.根据权利要求15、16、17和21之一所述的装置，其中对于直线发射信号和潜在非圆干扰而言，所述反射器的指引矢量是已知的，其特征在于其至少包括以下模块：

用于计算如下充分统计量的模块

用于构造矩阵的模块

$M\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}\left(\begin{array}{cc}s& 0\\ 0& s^{*}\end{array}\right)---\left(21\right)$

用于构造如下统计量的模块

${\hat{F}}_{\mathrm{nc}}(l,m,s,K)=(1/{\widehat{\mathrm{\&pi;}}}_S)---\left(20\right)$

用于针对给定误报警概率设置所述探测阈值的模块，

用于将所述统计值与所述阈值比较，如果超过所述阈值，则探测空间小区和距离/多普勒小区(l，m)中的发射器或反射器的模块，

用于从l估计所述发射器或反射器的相对延迟和距离的模块，

用于从m估计所述发射器或反射器的相对多普勒和速度/运动学性质的模块，

用于从空间小区估计所述发射器或反射器的角位置的模块；

其中，代表共轭转置。

25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于还有仅总噪声参考可用，且其特征在于利用经由仅噪声参考样本获得的扩展仅总噪声矩阵的估计取代扩展的观测相关矩阵的估计，来实施权利要求24所述的步骤，其中

其中，所述总噪声由干扰和背景噪声构成；bm(kTe)是采样的总噪声矢量。

26.根据权利要求22所述的装置，其特征在于分别用未多普勒化(m＝0)且未时域偏移(l＝0)的观测矢量x(kT_e),x_st(kT_e)或替换多普勒化和时域偏移的观测矢量x_m((k+l)T_e),x_m,st((k+l)T_e)或其中参考信号s(kTe)是多普勒化的且时域偏移的，即被s_m((k+l)Te)＝s(kTe)exp[j2πm(k+l)/K]替换；

其中，

如果L为奇数， $x_{m,\mathrm{st}}\left((k+l)T_e\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}{[x_m{\left((k+(L-1)/2)\mathrm{Te}\right)}^T,...,x_m{\left((k-(L-1)/2)\mathrm{Te}\right)}^T]}^T;$

如果L为偶数， $x_{m,\mathrm{st}}\left((k+l)T_e\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}{[x_{\mathrm{dm}}{\left((k+L/2)\mathrm{Te}\right)}^T,...,x_{\mathrm{dm}}{\left((k-L/2)\mathrm{Te}\right)}^T]}^T.$

27.根据权利要求15、16、17和21之一所述的装置，其特征在于，在源自所述发射器、所述反射器或干扰的信号对于所用天线阵列而言是宽带时，一旦比例B_e/f₀或πDB_e/c超过几个百分比就发生这种情况，其中D是所述阵列的孔径，B_e是信号的等价带宽，f₀是信号的载波，c是传播速度，实施以下变体实施例之一：

-将所述接收频带构造为几个子带，对于阵列而言是窄的；一次一个子带地实施作为前述权利要求主题的处理操作，

-实施接收空间-时间结构，

·在所述信号对于传感器阵列不再是窄带的情况下：利用具有L个时域获取的空时矢量x_m,st((k+l)Te)替换前述空间矢量x_m((k+l)Te)：如果L为奇数， $x_{m,\mathrm{st}}\left((k+l)T_e\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}[x_m{\left((k+(L-1)/2)T_e\right)}^T,...,$ $x_m{\left((k-(L-1)/2)T_e\right)}^T{]}^T,$ 如果L为偶数, $x_{m,\mathrm{st}}\left((k+l)\mathrm{Te}\right)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{\&OverBar;}[x_{\mathrm{dm}}\left(\right(k$ $+L/2T_e{)}^T,...,x_{\mathrm{dm}}{\left((k-L/2)T_e\right)}^T{]}^T;$

·在与载波相比信号也是宽带的情况下以及所述发射器或反射器的运动学性质要求考虑在仿样信号s上诱发形变的情况下：向前述处理操作中不仅引入延迟和多普勒变量，而且引入积分时间K上的延迟压缩和多普勒压缩的额外1阶变量，前述变量的时域导数的2阶变量，通过l符号表示的时域变量和m符号表示的频率变量写入对应于原始信号的变换的信号s_l,m，并使用信号s_l,m来实施如前述权利要求中主张的装置的模块。

28.根据权利要求15、16、17和21之一所述的装置，其特征在于其包括基于延迟-距离/多普勒-运动学或空间/延迟-距离/多普勒-运动学假设的常规测角模块或参考测角模块，包括通过以下方式实施常规或高分辨率测角技术：

·从与能量距离/多普勒(l,m)相关联的观测值x_m((k+l)Te),x_m,st((k+l)Te)或实施，或

·从作为K约数的时段上的观测值x_m((k+l)Te),x_m,st((k+l)Te)或与所发射信号s(kTe)的相关结果实施，或

·在指引矢量s已知的情况下，在将观测值的可能空间滤波限制到空间小区之后实施。