[發明專利]沖擊噪聲環境下基于Sigmoid變換的寬帶回波Doppler和時延估計方法

有效

• 申請號: 201810009938.8
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108333568B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 李麗
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S7/539
• 代理公司: 大連八方知識產權代理有限公司 21226
• 代理人: 衛茂才

1.沖擊噪聲環境下基于Sigmoid變換的寬帶回波Doppler和時延估計方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1：建立信號模型：

設LFM脈沖雷達發射的信號線性頻率調制的周期為T₀，幅度為A的矩形脈沖串，脈沖寬度為T，則一個周期的脈沖信號為：

式中f₀為初始頻率，u₀為調頻率，A為脈沖信號的幅度；在寬帶假設條件下，雷達收到的回波信號是具有多普勒頻移的多徑分量的疊加信號，表示為：

式中β_l表示回波信號第l條多徑分量的幅度衰減因子，σ_l為多普勒頻移尺度因子，τ_l表示時間延遲，L為回波信號的多徑個數，n(t)為標準的SαS穩定分布噪聲，與信號相互獨立；

步驟2：LFM信號的分數階傅里葉變換分析

1)分數階傅里葉變換定義

定義在t域的函數x(t)的b階分數階傅里葉變換是一個線性積分運算：

式中F^b表示FRFT算子,K_b(t,m)是分數階傅里葉變換的核函數，m為頻率，其表達式為：

式中是分數階傅里葉變換的階數，β為分數階傅里葉變換的旋轉角度，β≡bπ/2，n是整數，當b＝1時即β＝π/2，此時分數階傅里葉變換即傅里葉變換；

2)LFM信號的FRFT

由分數階傅里葉變換的定義式(3)，得到LFM信號x(t)的分數階傅里葉變換：

式中A為脈沖信號的幅度，cscβ是旋轉角度β的余割三角函數，當f₀＝mcscβ且u₀＝-cotβ時X(β,m)具有能量聚集特性，在分數階傅里葉變換域內呈現明顯的尖峰，即：

其中β₀和m₀表示信號x(t)在分數階傅里葉變換域上峰值點的坐標；

接收回波信號y(t)的分數階傅里葉變換為：

當且僅當：

Y(β,m)在分數階傅里葉變換域內存在L個峰值點，峰值點坐標為(β_l,m_l)，對多普勒頻移擴展因子和時間延遲的估計問題就轉化為求|Y(β,m)|最大值的問題，根據式(8)得到多普勒頻移尺度因子和時間延遲的估計值：

步驟3：基于Sigmoid-FRFT算法的參數估計

1)Sigmoid變換的定義式為：

2)Sigmoid-FRFT變換的定義

將Sigmoid變換和分數階傅里葉變換相結合，提出基于Sigmoid變換的分數階傅里葉變換函數，得到一個新的時頻分布函數，其定義式X_Sigmoid(β,m)為：

通過對X_Sigmoid(β,m)進行峰值點搜索，當f₀＝mcscβ且u₀＝-cotβ時X_Sigmoid(β,m)具有能量聚集特性，在分數階傅里葉變換域內呈現明顯的尖峰，即

3)基于Sigmoid-FRFT的多普勒頻移尺度因子和時間延遲估計

根據式(11)，對式(2)的寬帶回波信號y(t)進行Sigmoid-FRFT變換：

在分數階傅里葉變換域內，對Y_Sigmoid(β,m)進行峰值點搜索，在(β_l,m_l)處Y_Sigmoid(β,m)具有峰值點，則根據Y_Sigmoid(β,m)峰值的位置(β_l,m_l)獲得了寬帶回波信號多普勒頻移尺度銀子和時間延遲的聯合估計：