[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

針對脈沖噪聲環境下分數階傅里葉變換算法失效的問題，本發明利用一種非線性變換?Sigmoid變換抑制脈沖噪聲的干擾，并利用分數階傅里葉變換的能量聚集特性，提出了一種對LFM脈沖雷達Doppler頻移擴展因子和時延聯合估計的新方法。首先將Sigmoid變換與分數階傅里葉變換相結合，提出了基于sigmoid的分數階傅里葉變換(Sigmoid?FRFT)。接下來，通過Sigmoid?FRFT峰值點搜索實現了多普勒頻移擴展因子和時延的聯合估計。該方法不需要噪聲的先驗知識，且對低信噪比噪聲有較強的容忍性。實驗結果表明該方法在脈沖噪聲下具有較高的參數估計精度和較低的計算復雜度。

技術領域

本發明屬于通信與信息系統領域，具體涉及一種沖擊噪聲環境下基于Sigmoid變換的LFM脈沖雷達寬帶回波Doppler和時延的聯合估計。

背景技術

脈沖雷達采用具有大時寬帶寬積的線性調頻(LFM)信號來增加探測距離，同時保證高分辨力。對LFM脈沖雷達回波信號的Doppler頻移和多徑時延的估計問題是雷達、聲納信號處理中的熱門問題。LFM對多普勒頻移不敏感，具有大的時寬積，在保證高分辨率的情況下可以有效地增加探測距離，是當前脈沖壓縮體制雷達中最為常用的信號形式之一，因而其參數估計是雷達信號處理中的熱點課題。目前，學者對此進行了大量的研究，例如提出一種通用的有序估計框架，實現時延和多普勒頻移的聯合估計；基于最大似然參數估計方法，對LFM脈沖雷達回波信號的Doppler頻移和多徑時延聯合估計等，這些方法都能解決相關參數的估計問題，然而這些方法都是建立在把LFM脈沖雷達回波信號作為一般的非平穩信號基礎上的，沒有充分利用LFM信號本身的特點。

分數階傅里葉變換(FRFT)作為一種新的時頻分析工具，因其對LFM信號具有最佳的能量聚集特性，被廣泛應用于LFM信號的參數估計。目前對此已有多項研究成果，例如，利用FRFT對LFM信號進行分析并提出參數估計算法；分別利用分數階傅里葉變換、短時分數階傅里葉變換、分數階相關及分數階功率譜實現關于線性調頻信號的參數估計等，然而，理論研究和實際測量結果發現，雷達、聲納和無線通信系統的實際噪聲中含有大量脈沖成分，此時，上述基于高斯噪聲假設的算法性能將顯著退化甚至失效。

針對脈沖噪聲下的LFM脈沖雷達寬帶回波信號參數估計問題，有研究提出了改進的低階矩模糊函數實現了參數估計；以及提出了基于分數低階統計量的分數階功率譜算法，算法利用分數低階矩抑制脈沖噪聲，并利用分數階功率譜實現LFM信號的能量聚集，取得了較好的估計效果，但該方法依賴于噪聲的先驗知識且計算量較大。

發明內容

本發明為解決上述技術問題提出一種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。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：