[發(fā)明專利]基于瑞利熵的自適應(yīng)時(shí)頻同步壓縮方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710668186.1
• 申請日: 2017-08-07
• 公開（公告）號(hào): CN107576943B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李林;韓紅霞;姬紅兵;王智慧
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/295
• 分類號(hào): G01S7/295
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

一種基于瑞利熵的自適應(yīng)時(shí)頻同步壓縮方法，該方法利用瑞利熵衡量信號(hào)局部能量的聚集性，估計(jì)出適合信號(hào)時(shí)頻分析的最佳窗口參數(shù)序列，通過時(shí)頻同步壓縮提高聚集性，實(shí)現(xiàn)多分量信號(hào)的分離。具體步驟包括：1、采集信號(hào)，2、預(yù)處理，3、選取適合信號(hào)點(diǎn)序列的窗口參數(shù)集合，4、計(jì)算瑞利熵，5、獲取局部時(shí)刻的最優(yōu)窗函數(shù)，6、獲取平滑的最佳窗口參數(shù)序列，7、自適應(yīng)同步壓縮短時(shí)傅立葉變換，8、獲得各分量信號(hào)。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)分離方法適用信號(hào)單一、信號(hào)形式固定、抗噪聲能力差的問題，有利于多分量非平穩(wěn)信號(hào)的分離，更提高了多分量信號(hào)分離的魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及信號(hào)與信息處理技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于瑞利熵的自適應(yīng)時(shí)頻同步壓縮方法。本發(fā)明可以用于對雷達(dá)偵察接收機(jī)接收到的多分量雷達(dá)輻射源信號(hào)進(jìn)行分離。

背景技術(shù)

近年來，隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，以及導(dǎo)航、通信、電子對抗等電子裝備的廣泛適用，戰(zhàn)場電磁環(huán)境日益復(fù)雜。在雷達(dá)電子偵察中，接收機(jī)在同一時(shí)間內(nèi)可能會(huì)截獲到多個(gè)雷達(dá)輻射源信號(hào)，且信號(hào)脈沖密度大，波形多變，導(dǎo)致信號(hào)時(shí)頻域上發(fā)生重疊，使得傳統(tǒng)的時(shí)域或頻域已無法對信號(hào)分量進(jìn)行有效地分離。目前最常用的雷達(dá)輻射源信號(hào)分離方法有盲源分離法、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夥‥MD以及時(shí)頻分析法。盲源分離法主要是利用觀測信號(hào)所攜帶的信息與源信號(hào)之間相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的假設(shè)下，實(shí)現(xiàn)對源信號(hào)的分離，無法應(yīng)用于相關(guān)的輻射源信號(hào)。經(jīng)典模式分解法EMD是一種局部化的，完全基于數(shù)據(jù)自適應(yīng)信號(hào)分析方法，該方法總是將接收到的信號(hào)分解為有限多個(gè)固有模式函數(shù)。但它是一種基于經(jīng)驗(yàn)的方法，沒有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，且分解過程中存在模式混疊。時(shí)頻分析法是將信號(hào)在時(shí)頻域上展開，根據(jù)信號(hào)時(shí)頻變換的特點(diǎn)反映信號(hào)的局部特性達(dá)到分離的目的，但該方法嚴(yán)重受所加窗的大小以及環(huán)境中噪聲的影響。

北京理工大學(xué)在其申請的專利文獻(xiàn)“一種同時(shí)到達(dá)兩線性調(diào)頻信號(hào)的分?jǐn)?shù)階信道化分離方法”(申請?zhí)?01210189114，公開號(hào)CN102685049A)中公開了一種分?jǐn)?shù)階信道化分離方法。該方法利用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換對非平穩(wěn)信號(hào)能量聚焦特點(diǎn)，對信號(hào)進(jìn)行分析，判斷信號(hào)的不同組合情形，采用準(zhǔn)聚焦分?jǐn)?shù)階信道化提取的分離處理方式實(shí)現(xiàn)分離的目的。雖然，該方法一定程度上減少了分離信號(hào)間的相互干擾且達(dá)到信號(hào)分離的效果，但是，仍然存在不足之處是，該方法只局限于兩個(gè)線性調(diào)頻信號(hào)，且信號(hào)形式固定，當(dāng)接收的信號(hào)多于兩個(gè)信號(hào)時(shí)，該方法的分離效果不明顯。

上海大學(xué)在其申請的專利文獻(xiàn)“基于時(shí)頻分析的LFM信號(hào)分離及參數(shù)估計(jì)方法”(申請?zhí)?01610094975，公開號(hào)CN105717490A)中公布了一種聚合分割法。該方法在小波變換的基礎(chǔ)上，通過分段聚合的方式將信號(hào)分割，對聚合的分段通過閥值設(shè)置，依次進(jìn)行估計(jì)，并利用去重加權(quán)的方式進(jìn)行優(yōu)化，直到分離出全部信號(hào)。雖然，該方法計(jì)算量低，一定程度上分離出了每個(gè)信號(hào)分量，但是，仍然存在不足之處是，該方法受噪聲影響很大，且分離過程中閥值的選擇沒有嚴(yán)格的選取標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，對于雷達(dá)輻射源信號(hào)的分離，上述已有技術(shù)容易受噪聲干擾，且適用的信號(hào)單一，從而使信號(hào)分離出來的分量與實(shí)際分量存在很大誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，在傳統(tǒng)短時(shí)傅里葉變換的基礎(chǔ)上，提出一種基于瑞利熵的自適應(yīng)時(shí)頻同步壓縮方法，旨在低信噪比噪聲、輻射源信號(hào)復(fù)雜的情況下實(shí)現(xiàn)多分量信號(hào)的準(zhǔn)確分離。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體思路是：首先確定高斯函數(shù)的窗口參數(shù)集合，用窗口參數(shù)集合對應(yīng)的窗函數(shù)集合，對信號(hào)進(jìn)行加窗傅里葉變換，得到短時(shí)傅里葉變換系數(shù)。利用瑞利熵公式求最小值，得到所有時(shí)刻下最優(yōu)窗函數(shù)對應(yīng)的窗口參數(shù)，組成最佳窗口參數(shù)序列。用最佳窗口參數(shù)序列對應(yīng)的窗函數(shù)集合對信號(hào)進(jìn)行加窗傅里葉變換，得到自適應(yīng)短時(shí)傅里葉變換。對自適應(yīng)短時(shí)傅里葉變換系數(shù)進(jìn)行疊加，得到自適應(yīng)時(shí)頻同步壓縮系數(shù)，利用維特比Viterbi從自適應(yīng)時(shí)頻同步壓縮系數(shù)中提取信號(hào)分量的瞬時(shí)頻率，用重構(gòu)公式實(shí)現(xiàn)信號(hào)分量的分離。

本發(fā)明的具體步驟包括如下：

(1)采集信號(hào)：