[發明專利]基于傳感器網絡的雷達信號頻率估計方法

在審

• 申請號: 201710473196.X
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107219503A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 陳楓;葉青;胡利梅
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02
• 代理公司: 成都蓉域智慧知識產權代理事務所(普通合伙)51250
• 代理人: 陳千

技術領域

本發明屬于傳感器網絡分布式信息處理方法，特別涉及一種基于傳感器網絡的雷達信號頻率估計方法。

背景技術

在信號處理中，頻率估計是常見的問題，因為頻率估算的應用涵蓋許多不同的領域，如語音和音頻信號分析，雷達檢測，生物醫學工程，通信和電力交付。

在以前的研究工作中，學者們提出了各種各樣的頻率估計方法。在無噪聲的信號方面，R.Prony學者在文章‘實驗和分析預測’中提出很容易通過其方法來確定頻率。后來有學者在Prony的工作基礎上提出了在噪聲情況下通過線性預測進行信號頻率估計的方法。此外對于上述頻率估計方法，自適應陷波濾波法已被廣泛應用用于近年來的頻率估計。自適應陷波濾波法為頻率提供了一個靈活的框架估計。它能夠跟蹤具有時變頻率的測量信號。頻率估計的精度和魯棒性方法在很多應用中都是至關重要的。頻率由單個處理節點執行的估計具有一些缺點，如采樣率不高足夠的，采樣時間有限，在噪音環境中，由單個節點執行的頻率估計中，魯棒性不夠好。

在最近多年來，無線傳感器網絡已經變得非常受歡迎各種應用，如環境監控，醫療，信息收集，目標定位和等等。傳感器節點形成傳感器網絡分布式，產生空間多樣性，從而，不同的傳感器節點收集不同環境的數據信息。在上述情況下，有理由用傳感器網絡提供一個有吸引力的低成本解來解決使用頻率估計問題。將所有節點收集的數據傳輸到中央節點并以集中的方式處理數據通常由于溝通成本和魯棒性而不予考慮。網絡上的分布式估計由于其對節點和/或鏈路失敗的靈活性和魯棒性具有廣泛的適用性。為此怎么將無線傳感器網絡應用于雷達信號頻率估計中，且具有低成本、魯棒性好、精度高等優點成為了研究的一個方向。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供基于傳感器網絡的雷達信號頻率估計方法，成本低、魯棒性好、精確度高。

基于傳感器網絡的雷達信號頻率估計方法，包括以下步驟：

S1：獲取接收器接收到的雷達信號；

S2：建立陷波濾波模型；根據接收的雷達信號建立陷波濾波器的傳遞函數，并獲得陷波濾波器的輸出；

S3：建立傳感器網絡模型；建立包括多個傳感器節點的傳感器網絡，傳感器節點與其鄰居共享數據，傳感器中的每個節點網絡均設有陷波濾波器；描述節點k處的陷波濾波器的輸出，并結合鄰居節點對輸入信號的頻率進行估計。

優選地，所述步驟S1中，所述接收的雷達信號x_k[i]表示為：

其中，f為接收信號的頻率，i為采樣點序號，n_k(i)為第i個接收信號中的噪聲，A表示雷達信號的幅度，f_s為采樣頻率，d(t)表示接受雷達信號中雷達與移動物體之間的距離，λ表示發送信號的波長。

優選地，所述步驟S2中，將接收的雷達信號x_k[i]轉換成離散正弦信號x[i]表示為：

x[i]＝Asin(ω₀Ti+φ)+v(i)；

其中A,ω₀,v(i),T分別對應表示幅度，角頻率，初始相位，信號的高斯白噪聲以及采樣周期；f_s為采樣頻率。

優選地，所述步驟S2中，陷波濾波器為IIR濾波器，IIR濾波器的傳遞函數描述為：

其中z為零點，p為極點，定義零點z的共軛零點z^*，極點p在Z域的第四象限中的共軛極點p^*，a＝-2cos(ω₀T)，ρ為小于1的參數；

IIR濾波器的輸出為：

優選地，所述步驟S3中，傳感器網絡包括N個傳感器節點,節點k，k＝{1，...，N}，的鄰居集合表示為N_k；

在節點k處，輸入信號的離散形式x_k[i]描述為：

x_k[i]＝A_ksin(ω₀Ti+φ_k)+v_k(i)；

其中，A_k，φ_k，v_k(i)分別表示輸入信號在節點k處的幅度，初始相位以及高斯白噪聲；

節點k處的陷波濾波器的輸出描述為：

將對頻率估計轉換為對參數a的估計。