[發(fā)明專利]脈沖噪聲環(huán)境下的線性調(diào)頻信號參數(shù)估計方法

有效

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• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108957416B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李麗
• 申請（專利權(quán)）人: 大連大學(xué)
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S7/292
• 代理公司: 大連八方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21226
• 代理人: 衛(wèi)茂才

本發(fā)明涉及一種脈沖噪聲環(huán)境下的線性調(diào)頻信號參數(shù)估計方法。本方法提出了兩個新的定義：基于Sigmoid變換的分數(shù)階相關(guān)函數(shù)和基于Sigmoid變換的分數(shù)階功率譜密度函數(shù)，接下來提出了脈沖噪聲環(huán)境下基于Sigmoid變換的分數(shù)階功率譜密度函數(shù)的線性調(diào)頻信號參數(shù)估計新方法。通過仿真實驗及分析表明，該算法具有較好的估計性能，算法簡單有效且不需要噪聲先驗知識，與其他算法相比，在抗脈沖噪聲性能方面具有較大優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信與信息系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種脈沖噪聲環(huán)境下的線性調(diào)頻信號參數(shù)估計方法。

背景技術(shù)

線性調(diào)頻(linear frequency modulation,LFM)信號對多普勒頻移不敏感，具有大時寬帶寬積，在保證高分辨率的情況下能夠有效地增加探測距離，廣泛應(yīng)用于通信、雷達、聲吶和地震勘測等領(lǐng)域。因此，LFM信號的參數(shù)估計一直是信號處理領(lǐng)域的熱點問題。許多學(xué)者進行了大量研究。例如，提出一種通用的有序估計框架，實現(xiàn)時延和多普勒頻移的聯(lián)合估計；基于最大似然參數(shù)估計方法，提出對LFM脈沖雷達回波信號的Doppler頻移和多徑時延聯(lián)合估計方法；基于循環(huán)相關(guān)特性，提出利用回波的循環(huán)相關(guān)變換實現(xiàn)回波信號中多普勒頻移和時延的聯(lián)合估計；提出基于壓縮感知理論的脈沖雷達參數(shù)提取估計方法等。這些方法都能解決相關(guān)參數(shù)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(wěn)信號基礎(chǔ)上的，沒有充分利用LFM信號本身的特點。

分數(shù)階傅里葉變換(fractional Fourier transform,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而備受關(guān)注，并被廣泛應(yīng)用于LFM信號的參數(shù)估計。例如，利用FRFT對LFM信號進行了分析并提出參數(shù)估計算法；分別利用分數(shù)階傅里葉變換、短時分數(shù)階傅里葉變換、分數(shù)階相關(guān)及分數(shù)階功率譜實現(xiàn)關(guān)于線性調(diào)頻信號的參數(shù)估計。然而，上述算法都是假設(shè)接收信號中混有噪聲為高斯白噪聲。理論研究和實際測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雷達、聲納和無線通信系統(tǒng)的實際噪聲中常常含有大量脈沖成分。而這類噪聲更適合用Alpha 穩(wěn)定分布模型來描述。然而對于0＜α＜2的穩(wěn)定分布只存在α階以下的統(tǒng)計量，其二階或二階以上的高階統(tǒng)計量都不存在。因此在沖擊噪聲環(huán)境下傳統(tǒng)的基于二階統(tǒng)計量的算法的估計性能將嚴重退化。

為了減少Alpha穩(wěn)定分布噪聲的干擾及提高算法的性能，學(xué)者們提出了許多基于分數(shù)低階統(tǒng)計量理論的FRFT參數(shù)估計算法。這些方法雖取得了較好的估計效果，但存在一定的局限性：(1)分數(shù)低階矩p必須滿足1≤p＜α或0＜p＜α/2；(2)若沒有噪聲特征指數(shù)α的先驗知識或不能獲得α正確的估計值，或階數(shù)的不當(dāng)取值都會導(dǎo)致算法的性能嚴重下降甚至失效,因此特征指數(shù)α的估計結(jié)果和分數(shù)低階矩p取值都會影響算法性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對脈沖噪聲下的LFM脈沖雷達寬帶回波信號參數(shù)估計問題，為克服上述方法存在的局限性，本發(fā)明引入Sigmoid變換以抑制Alpha穩(wěn)定分布噪聲，并定義了兩個新的概念：基于Sigmoid變換的分數(shù)階相關(guān)函數(shù)(Sigmoid transform fractional correlationfunction,簡稱 Sigmoid-FC)和基于Sigmoid變換的分數(shù)階功率譜密度(Sigmoidtransform fractional power spectrum density,簡稱Sigmoid-FPSD)，并基于這兩個定義，提出了基于Sigmoid-FPSD的線性調(diào)頻信號參數(shù)的聯(lián)合估計方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為提供一種脈沖噪聲環(huán)境下基于分數(shù)階功率譜密度的線性調(diào)頻信號參數(shù)估計方法，該方法包括以下步驟：

1.分數(shù)階功率譜密度函數(shù)分析

1)分數(shù)階相關(guān)函數(shù)和分數(shù)階功率譜密度

分數(shù)階相關(guān)函數(shù)源于分數(shù)階傅里葉變換，其定義式為：