[發明專利]一種基于線性調頻信號的時頻二維同步方法

有效

• 申請號: 201710651351.2
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN109391573B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 吳滿意;賈寧;黃建純;肖東
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H04L27/10
• 分類號: H04L27/10;H04L27/144;H04L27/16;H04L27/00;H04L7/00
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發明涉及一種基于線性調頻信號的時頻二維同步方法，該方法通過對接收到的線性調頻信號進行補零操作，對補零后的線性調頻信號進行時間反轉或平移處理，獲得時間反轉信號或平移信號；其次根據發射的線性調頻信號的調頻率，設置接收信號最佳變換階次的搜索范圍；然后在接收信號最佳變換階次的搜索范圍內，利用分級迭代算法搜索獲得接收信號在FrFT域上的最佳變換階次，進而得到時間反轉信號或平移信號在FrFT域上的最佳變換階次，并利用最佳變換階次計算獲得各信號相對應的頻率值；最后利用計算獲得的頻率值計算得到接收信號的多普勒系數和時延，實現信號的時頻二維同步。利用上述時頻二維同步方法，降低了系統的計算量，提高了參數估計的精確度。

技術領域

本發明涉及水聲通信技術領域，特別涉及一種基于線性調頻信號的時頻二維同步方法。

背景技術

時頻二維同步即對接收信號的起始時間和多普勒系數進行估計。無論是在水聲通信領域，還是在目標探測識別領域，對接收信號進行時頻二維同步都有著至關重要的作用。從水聲通信角度看，時頻二維同步是通信的前提和基礎；從目標探測識別角度看，接收信號起始時間和多普勒系數估計的準確性，直接決定了目標距離和速度的估計精度。

分數階傅里葉變換(FrFT)是一種廣義的傅里葉變換，可以將信號在一組正交的線性調頻(LFM)信號基上展開，在處理線性調頻類信號方面有很好的檢測效果。FrFT在適當的旋轉階次上能實現LFM信號的能量聚集，具有很強的抗多徑干擾和抗噪聲干擾的能力，是一種現在常用的信號二維同步方法。

目前利用FrFT對LFM信號進行時頻二維同步的方法主要有三種：第一種方法是對單個LFM信號直接做FrFT，通過估計接收信號的最佳變換階次，利用最佳變換階次與LFM信號調頻率的關系來估計信號的時頻二維參數，但由于最佳變換階次很難精確估計，這種方法精度不高。第二種方法是發射多分量線性調頻信號，根據各個分量估計的頻率和時延信息的關系，得到準確的時頻二維信息。但這種方法發射端信號比較復雜，而且受量化誤差的影響，估計精度有限。第三種方法是發射兩個平行的線性調頻信號，這樣在微小頻偏下假設信號的調頻率不變，極大的可以降低計算量，但這種方法在接收信號有較大多普勒時同步性能會變差，不適合于高速相對運動目標的二維參數同步。

發明內容

本發明的目的在于，為了克服現有時頻二維同步方法存在估計結果精度低的技術問題，本發明提供一種基于線性調頻信號的時頻二維同步方法，該方法簡化了FrFT算法的計算量，提高了信號的抗干擾能力和信號參數估計的準確性和實用性。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案所提供的一種基于線性調頻信號的時頻二維同步方法，該方法具體包括：

步驟1)在信號發射端生成并發射線性調頻信號，并通過水聲信道傳輸至信號接收端；

步驟2)將信號接收端接收到的線性調頻信號進行補零操作，對補零后的線性調頻信號進行時間反轉或平移處理，獲得時間反轉信號或平移信號；

步驟3)根據步驟1)中發射的線性調頻信號的調頻率，設置接收信號最佳變換階次的搜索范圍；

步驟4)在接收信號最佳變換階次的搜索范圍內，利用分級迭代算法搜索獲得接收信號在FrFT域上的最佳變換階次，進而得到時間反轉信號或平移信號在FrFT域上的最佳變換階次；

步驟5)在步驟4)中獲得的兩個最佳變換階次下，分別對接收信號以及時間反轉信號或平移信號進行分數階傅里葉變換，并在兩個信號的峰值位置采用三次樣條插值算法計算獲得各信號相對應的頻率值；和

步驟6)利用步驟5)中獲得的兩個頻率值計算得到接收信號的多普勒系數和時延。

作為上述技術方案的進一步改進，所述步驟1)中生成的線性調頻信號表示為：

s(t)＝Acos(2πf₀t+πkt²+φ},0≤t＜T