[發(fā)明專利]基于FRFT的低信噪比LFM信號(hào)參數(shù)快速估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110388875.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN113093115B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學(xué);河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/02
• 分類號(hào): G01S7/02
• 代理公司: 河北冀華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 13151
• 代理人: 王占華

本發(fā)明公開了一種基于FRFT的低信噪比LFM信號(hào)參數(shù)快速估計(jì)方法，涉及信號(hào)處理方法技術(shù)領(lǐng)域。所述方法通過判斷調(diào)頻斜率的正負(fù)，以確定旋轉(zhuǎn)階次所在初始區(qū)間；進(jìn)而應(yīng)用高效FRFT獲得初始旋轉(zhuǎn)階次；最終利用分?jǐn)?shù)階頻譜四階原點(diǎn)矩，進(jìn)一步確定搜索區(qū)間和步長，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)搜索，從而滿足參數(shù)精度的要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法尤其適合用于低信噪比情況下的LFM信號(hào)檢測與參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)，而且運(yùn)算量較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號(hào)處理方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FRFT的低信噪比LFM信號(hào)參數(shù)快速估計(jì)方法。

背景技術(shù)

線性調(diào)頻(Linear Frequency Modulation,LFM)信號(hào)是一種頻率隨時(shí)間線性變化的信號(hào)，在通信、雷達(dá)、聲納等領(lǐng)域中的應(yīng)用較為普遍，其參數(shù)估計(jì)和信號(hào)檢測是研究熱點(diǎn)之一。目前，針對(duì)LFM信號(hào)的處理方法主要有短時(shí)傅里葉變換和Wigner-Ville分布。其中，短時(shí)傅里葉變換無法同時(shí)兼顧較好的時(shí)域分辨率和頻域分辨率，且在低信噪比情況下估計(jì)效果不佳；而Wigner-Ville分布在需要對(duì)多個(gè)分量的信號(hào)進(jìn)行處理的情況下，容易出現(xiàn)交叉項(xiàng)干擾問題，且運(yùn)算較為復(fù)雜。分?jǐn)?shù)階傅里葉變換(Fractional Fourier Transform，F(xiàn)RFT)是一種新興的時(shí)頻分析工具，它不同于傳統(tǒng)的傅里葉變換，而是將變換階次作為自變量，使得線性調(diào)頻信號(hào)在匹配的FRFT階次下表現(xiàn)為沖激信號(hào)，故能量聚集性較強(qiáng)。正是利用這一特性，F(xiàn)RFT可用來對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行檢測和參數(shù)估計(jì)，但是由于需要運(yùn)用二維搜索確定最佳旋轉(zhuǎn)角度，因此計(jì)算量較大。

針對(duì)這一問題，現(xiàn)有技術(shù)提出一種欠采樣快速檢測算法，通過減少采樣點(diǎn)數(shù)提升FRFT的運(yùn)算速度，但該算法在信噪比較低時(shí)無法實(shí)現(xiàn)信號(hào)參數(shù)的正確估計(jì)。現(xiàn)有技術(shù)還提出一種基于分?jǐn)?shù)階域的黃金分割的搜索方法，雖然可以降低計(jì)算成本，但也不適用于信噪比較低的情況。還有現(xiàn)有提出一種基于修正的功率譜平滑濾波的高效FRFT算法，該算法雖然能夠較快的實(shí)現(xiàn)LFM信號(hào)的檢測和估計(jì)，但是對(duì)于信噪比小于-3dB的信號(hào)參數(shù)估計(jì)效果欠佳。基于分?jǐn)?shù)階功率譜幅值與旋轉(zhuǎn)角度之間的變換規(guī)律，提出一種瞄準(zhǔn)搜索方法，盡管可以快速的搜尋到最佳旋轉(zhuǎn)角度，但當(dāng)信噪比較低時(shí)，存在局部最優(yōu)問題，還是無法保證參數(shù)的估計(jì)精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何提供一種適合用于低信噪比情況下的LFM信號(hào)檢測與參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)且運(yùn)算量小的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種基于FRFT的低信噪比LFM信號(hào)參數(shù)快速估計(jì)方法，其特征在于包括如下步驟：

1)確定初始區(qū)間：利用短時(shí)傅里葉變換判斷LFM信號(hào)調(diào)頻斜率的正負(fù)，確定初始區(qū)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(jì)旋轉(zhuǎn)階次p₀，令其為初始搜索中心；

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

5)在滿足初始區(qū)間的前提下，根據(jù)步長Δ_p，在搜索區(qū)間內(nèi)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階頻譜四階原點(diǎn)矩最大值搜索，對(duì)搜索中心p₀進(jìn)行更新，并將搜索步長改變?yōu)棣?Sub>p＝Δ_p/10，重復(fù)步驟3)；