专利名称：一种线性调频信号调频率和起始频率估计方法
技术领域：
本发明属于信号处理领域，具体涉及一种线性调频信号调频率和起始频率估计方法。
背景技术：
线性调频信号的低峰值功率、大时宽带宽积特性，使其具有较好的可压缩性，这使得线性调频信号在声呐和雷达等领域得到了广泛的应用。 初始频率和调频率是表征线性调频信号频率特性的两个基本参数，其估计问题是一直是信号处理领域的重要研究内容。线性调频信号是一种典型的非平稳信号，使用简单的傅里叶变换只能获得信号的整体频谱，难以获得其局部特性。因此，估计线性调频信号的参数常需使用时频分析方法。目前常用于估计线性调频信号参数的时频方法有Wigner-Hough变换(WHT)、Radon-Ambiguity变换(RAT)和分数阶傅里叶变换(FRFT)，这几种方法都利用了线性调频信号在时频域的聚集特性。其中，WHT是将线性调频信号的参数的估计问题转换成时频图的直线搜索问题，RAT是将其转换成模糊图中搜索过原点直线的问题，这两种方法都需要先进行复杂的运算再进行直线搜索，运算速度非常慢，限制了其工程应用，而且RAT法丢失了信号的初始频率信息，只适合仅对调频率感兴趣的场合。FRFT充分利用线性调频信号在时频域的聚集特性，可以同时估计出信号的调频率和起始频率参数，但是该方法需要对线性调频信号的调频率和起始频率参数进行二维搜索，计算量大，而且参数估计的精度受到FRFT固有分辨率的限制。在进行性调频信号调频率和起始频率估计前，需要先进行数据采集和信号检测，由数据采集部分可以得到采样频率fs，通过信号检测可以得到信号的起始和终止时刻，检测到的信号的终止和起始时刻的差值即为信号脉宽，信号脉宽所对应的采样点数即为N，在检测到信号起始时刻并得信号脉宽所对应的采样点数N后即可进行线性调频信号调频率和起始频率估计。

发明内容
技术问题本发明提供了一种无需进行复杂的计算和参数搜索，可在保证参数快速估计前提下提高参数估计精度的线性调频信号调频率和起始频率估计方法。技术方案本发明的线性调频信号调频率和起始频率估计方法，包括以下步骤第一步获取数据序列x(n), n = 0，1，2，…，N-I :从传感器接收N个采样点的实时采集数据或从存储器中提取从检测到信号时刻起始的N个采样点的数据作为待处理的数据序列x(n)，n = 0，I, 2，…，N-1，所述的N为检测到的线性调频信号脉宽所对应的采样点个数；第二步参数初始化设置短时窗长M、短时窗移动步进L、最大迭代次数门限K和精度控制指标e，计算出总的短时窗个数/=Lw-MVq+1，L」表示向下取整运算，初始化短时窗序号i = I，所述短时窗长M取值为为2的整数次幂且满足M<N/2，L取值为La//2」，K取值为大于2的正整数，e取值为小于0. I的正数；
第三步对第i个短时窗内的数据序列Xi (m)做离散傅里叶变换并计算其功率谱Yi(I2):第 i 个短时窗内的数据序列为 Xi(In) = X(Iii), m = 0，1，...，M-Lni = (i-l)L, (i-1)L+1,…，(i-l)L+M-l，用下列式I对Xi(m)做离散傅里叶变换
权利要求
1.一种线性调频信号的调频率和起始频率估计方法，其特征在于，该估计方法包括以下步骤 第一步获取数据序列x(n), n = O，I, 2，…，N-I :从传感器接收N个采样点的实时采集数据或从存储器中提取从检测到信号时刻起始的N个采样点的数据作为待处理的数据序列x(n)，n = O，I, 2，…，N-I，所述的N为检测到的线性调频信号脉宽所对应的采样点个数； 第二步参数初始化设置短时窗长M、短时窗移动步进L、最大迭代次数门限K和精度控制指标e，计算出总的短时窗个数/ = L(〃-^/i」+l，L」表示向下取整运算，初始化短时窗序号i = 1，所述短时窗长M取值为为2的整数次幂且满足M < N/2，L取值为L^/2」，K取值为大于2的正整数，e取值为小于0. I的正数； 第三步对第i个短时窗内的数据序列Xi(Hl)做离散傅里叶变换并计算其功率谱Yi(I2):第 i 个短时窗内的数据序列为 Xi(In) = X(Iii), m = 0，1，...，M-Lni = (i-l)L, (i-1)L+1,…，(i-l)L+M-l，用下列式I对Xi(m)做离散傅里叶变换Ai-I-i—m! AG) =，I1 = 0，I…M-I 式 I 2=0 其中Xi (I1)表示离散傅里叶变换的结果，j表示虚数单位，即/ = P则功率谱Yi (I2)为 i；.(/2) = ^-IJTj(Z1)I25 I2 = I1 且 I2 = 0，I, 2…M/2-1 式 2 第四步采用Rife插值算法估计出第i个短时窗内数据序列的瞬时频率估计值A Rife插值算法的公式为 ./；3 其中Li为功率谱Yi (I2)最大值对应的离散频率索引值，Af = fs/M为短时窗长度为M的离散傅里叶变换的频率分辨率，fs为采样频率,$为该短时窗内数据序列频率与功率谱Yi(I2)最大值对应的离散频率索引值的相对偏差，其表达式为 ~W)~ Yi(Li+\)>Yi{Li-l) =1 -^(4-1) Y(f ,, YU ]、式 4 oYi(L^I) = Yl(Li-I) 第五步判断是否处理完所有短时窗的数据序列如果i ( 1-1，则令i = i + 1，并回到第三步，否则令迭代次数k = 1，并进入第六步； 第六步计算第k次迭代中第i个短时窗内数据序列的瞬时频率估计值所对应的加权权重nf ' Ik = \ 叫^n^是>1式5b'/;o 其中，O i为权重修正因子，O I为任一大于0的数,为第k-1次迭代过程中第i个时间窗内数据序列的瞬时频率拟合值，通过对所述第四步中得到的瞬时频率估计值A进行加权最小二乘线性拟合得到，即=bki + ak 其中ak，bk通过在表达式(的+A]2中分别对ak，bk求导并令导数为0，并写成矩 i=l阵形式为
2.根据权利要求I所述的线性调频信号调频率和起始频率估计方法，其特征在于，所述的第三步中，Xi(Hl)的离散傅里叶变换是通过快速傅里叶变换实现。
3.根据权利要求I所述的线性调频信号调频率和起始频率估计方法，其特征在于，所述的第四步中，首先搜索功率谱值Yi (I2)最大值，通过所述搜索功率谱值Yi(I2)最大值的位置确定离散频率索引值Li,然后根据公式4确定相对偏差<5丨并代入式3，估计出本短时窗内数据序列的瞬时频率估计值4。
4.根据权利要求3所述的线性调频信号调频率和起始频率估计方法，其特征在于，搜索功率谱值Yi (I2)最大值时取I2 = O, 1，2···Μ/2-1。
5.根据权利要求I所述的线性调频信号调频率和起始频率估计方法，其特征在于，所述的第六步中，σ pi。
全文摘要
本发明公开了一种线性调频信号调频率和起始频率估计方法，该方法包括以下步骤第一步获取数据序列x(n),n＝0,1,2,…,N-1；第二步参数初始化；第三步计算第i个短时窗内的数据序列xi(m)的功率谱Yi(l2)；第四步采用Rife插值算法估计出本短时窗内数据序列的瞬时频率估计值fi；第五步判断是否处理完所有短时窗的数据序列如果未处理完,返回第三步，否则转入第六步；第六步计算第k次迭代权重第七步判断是否满足迭代加权最小二乘线性拟合停止条件如不满足，返回第六步，否则转入第八步；第八步计算出调频率和起始频率参数。该方法无需进行复杂的计算和参数搜索，在保证快速估计前提下，可以提高参数估计的精度。
文档编号G01S15/32GK102680948SQ20121015012
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月15日 优先权日2012年5月15日
发明者姚帅, 方世良, 王晓燕, 蔡敏时 申请人:东南大学