[發明專利]基于FRFT的低信噪比LFM信號參數快速估計方法

有效

• 申請號: 202110388875.3
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113093115B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 韓壯志;李豪欣;解輝;劉利民;李琦;高振斌;劉賀雄;尹園威
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學;河北工業大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02
• 代理公司: 河北冀華知識產權代理有限公司 13151
• 代理人: 王占華

1.一種基于FRFT的低信噪比LFM信號參數快速估計方法，其特征在于包括如下步驟：

1)確定初始區間：利用短時傅里葉變換判斷LFM信號調頻斜率的正負，確定初始區間為[0,1]或[1,2]；

2)確定初始搜索中心和精度：利用高效FRFT估計旋轉階次p₀，令其為初始搜索中心；

高效FRFT的基本原理包括如下步驟：

為LFM信號的W-V分布和時間軸之間的夾角，為歸一化時頻長度，則該LFM信號做FRFT的最優旋轉角為設在旋轉角度為α下對信號作FRFT處理，此時的LFM信號歸一化FRFT長度為L_α；

LFM信號的歸一化FRFT長度與W-V分布的時頻長度之間的幾何關系為：

當時，L_α＝0，說明此時LFM信號在該α旋轉角度下作FRFT得到的頻譜表現為沖激函數，即為最佳旋轉角度；因此，選取兩個旋轉角度α₁和α₂，并求出和可得最優旋轉角為：

LFM信號的調頻斜率的估計值為：

對信號在角度下再作一次FRFT，即可得出LFM信號的中心頻率；

3)確定搜索區間和步長：令步長Δ_p的初始值為0.1，并計算p₀-Δ_p、p₀、p₀+Δ_p三個階次下的四階中心矩；若p₀處的值最大,則轉向步驟4)；若依次遞增，則搜索區間為[p₀,p₀+10Δ_p]；若依次遞減，則搜索區間為[p₀,p₀-10Δ_p]，遞增和遞減兩種情況轉至步驟5)；

4)搜索中心保持不變，更新搜索步長Δ_p＝Δ_p/10，重復步驟3)；

5)在滿足初始區間的前提下，根據步長Δ_p，在搜索區間內進行分數階頻譜四階原點矩最大值搜索，對搜索中心p₀進行更新，并將搜索步長改變為Δ_p＝Δ_p/10，重復步驟3)；

6)重復步驟3)-步驟5)，直至滿足誤差要求。

2.如權利要求1所述的基于FRFT的低信噪比LFM信號參數快速估計方法，其特征在于，確定初始區間和初始旋轉階次的方法如下：

對LFM信號進行一次短時傅里葉變換判斷調頻斜率的正負，確定最佳階次所在的初始區間；選取窗函數為矩形窗函數，其公式表示為：

式中，M為窗口寬度；設置窗函數的窗口寬度為N/2，其中N為一個調頻周期的采樣點數；在短時傅里葉變換后，分別對得到的兩段LFM信號的功率譜進行平滑濾波，采用的平滑濾波公式為：

其中，P_s(n)為平滑之后的功率譜，P(n)為信號的頻譜，M為平滑窗長度，N為信號長度；經過平滑濾波后分別找出頻譜最大值所對應的頻率分量f₁和f₂，并進行比較，若f₂＞f₁，則說明調頻斜率為正，反之說明調頻斜率為負，即可確定初始區間，確定初始區間后，利用高效FRFT估計旋轉階次p₀，并令其為初始搜索中心。