专利名称：频率估计的一种多段信号融合方法
技术领域：
本发明涉及信号处理领域，特别是频率估计的一种多段信号融合方法。
背景技术：
多段信号是指对同一对象或相关对象进行多次采样得到的若干段相关信号。例如，多个分段线性调频连续波雷达的回波信号经过去斜处理、低通滤波后，可构成多段同频信号(即多段频率相同的信号)；电子侦察中相参雷达获得的多段侦收数据，也表现为多段信号形式。从信息论观点来看，多段信号具有数倍于单段信号的信息量，易于获取， 对多段信号进行融合处理是提高信号处理精度的有效途径之一，可广泛应用于频率估计， LFM(Linear Frequency Modulated)信号参数估计，跳频信号参数估计和VC0(Voltage Controlled Oscillator)非线性度校正等诸多领域，具有重要研究意义和应用价值。目前，基于多段信号融合的频率估计方法主要有以下几种(1)卡布分布法(参考文献[1] :Becker K. New algorithm for frequency estimation from short coherent pulses of a sinusoidal signal[C]. Radar and Signal Processing, IEEE Proceedings F, Aug6,1990 (4) :283-288):该方法的基本思想是利用卡布分布对多段短时正弦信号进行信息融合，进而估计出信号频率，但要求各段信号是相参的，在工程应用中较难满足，因此实用性不强，且不能处理多段不同频信号，即多段频率不同的信号。(2) Yule-Walker 公式法(参考文献[2] =Sill J A, Black Q R. Frequency estimation from short pulses of sinusoidal signals[C]. Military Communications Conference, Conference Proceedings, IEEE，21_240ct，1996， McLean, VA, USA,1996(3) 979-983)该方法是对卡布分布法的改进，其基本思想是利用Yule-Walker公式对多段短时正弦信号进行信息融合，从而估计出信号频率。虽然不要求各段信号相参，但要求各段信号满足特定迭代关系，在工程应用中较难满足，且仍不能处理多段不同频信号。(3)频谱平均法(参考文献[3]刘良兵.频率估计的信息融合方法及其应用[D]. 重庆后勤工程学院博士学位论文，2008年6月1 该方法的基本思想是对多段信号分别进行如DTFT (Discrete Time Fourier transform)、Chirp-Z等频谱分析，再将频谱结果进行累加平均。虽然计算量小，但抗噪性较弱，普适性较差，仅能处理多段同频信号，不能处理多段不同频信号。(4)相位相关法(参考文献[4]孟建.分段采样信号的相位关联技术[J].系统工程与电子技术，2004，沈(1 :1784-1786,1797)该方法的基本思想是通过展宽信号幅频特性对各段信号相关函数形状施加影响，从而最大可能地利用相频响应信息来获得峰值尖锐的相关函数。虽然实现简单、实时性较好，但抗噪性较弱、普适性较差，不能分析多段不同频信号，不适用于信噪比很低的情况。(5)相位积累法主要包括直接相位积累法和旋转相位积累法(参考文献[5]孟建.相位相关技术研究[J].系统工程与电子技术，2003,25(2) :140-142).直接相位积累法的基本思想是通过换算各段信号的到达时间来实现多段信号的相位相参，抗噪声能力强，但运算量大，且要求各段信号之间的空闲间隔时间已知，应用范围较小。旋转相位积累法中，每段信号旋转因子的产生需要上一段信号的最后一个采样点的值，虽然运算量相对较小，但抗噪性较差。且相位积累法(直接相位积累法和旋转相位积累法)均不能分析多段不同频信号。(6)多段变频等长信号融合算法主要包括多段同频等长信号融合算法(参考文献W]刘良兵，涂亚庆，张海涛.频率估计的一种多段同频等长信号融合算法[J].系统仿真学报，2009，21(1) :194-198)、多段降频等长信号融合算法(参考文献[7]刘良兵，涂亚庆.一种基于多段降频等长信号融合的频率估计方法[J].信息与控制，2008，37 ) 403-407)、多段分频等长信号融合算法(参考文献[8]涂亚庆，刘良兵.频率估计的一种多段分频等长信号融合算法[J].电子学报，2008，36 (9) :1852-1856)。该类方法是目前最新的一种多段信号融合处理方法，通过生成频域分析参数矩阵、相位差补偿因子矩阵和搜索频率序列对多段同频(降频、分频)信号进行信息融合，从而获得较高的频率估计精度， 抗噪性较好，但普适性较差，只能处理多段等长信号，不能处理多段不等长信号，即多段长度不相等的信号。综上所述，多段信号融合处理方法具有重要研究意义和应用价值，但现有方法存在诸多问题，需要提出一种精度更高、抗噪性更强、普适性更好的频率估计方法，适用于多段任意长度的不同频信号的频率估计。
发明内容
本发明的目的是提出一种精度高、抗噪性强、普适性好的频率估计方法，适用于多段任意长度的不同频信号的频率估计，解决现有多段信号融合处理方法存在的主要问题， 拓展其应用范围。本发明提出的频率估计的一种多段信号融合方法，适用对象为M段长度任意的信号，且任意两段信号的频率差已知，M为大于等于2的自然数；本发明包括以下步骤第一步构造归一化矩阵A对M段信号的频谱分别进行归一化处理，得到M段归一化频谱，该M段归一化频谱能够消除任意两段信号的频率差对频谱的影响；第二步设计相位补偿矩阵B对M段归一化频谱进行融合处理，得到M段信号的融合处理频谱，该段融合处理频谱的分析效果能够达到与M段信号总长度相等的相位连续信号频谱的分析效果；第三步谱峰搜索融合处理频谱，得到待估频率&的估计值7。所述的归一化矩阵A由下列公式计算，A(m，i) = fdiHcKm)其中，A(m，i)表示归一化矩阵A中第(m，i)处的元素，i e [1，I]，m e [1，M]，I 和M均为大于等于2的自然数；d(m)表示M段信号中任意两段信号的频率差；&表示频率搜索序列，由待估频率fo的大致取值范围fs。_线性等分(I-I)份生成，fx(i)表示&中第 i个元素。所述的归一化频谱由以下公式计算，
权利要求
1.频率估计的一种多段信号融合方法，其特征在于适用对象为M段长度任意的信号， 且任意两段信号的频率差已知，M为大于等于2的自然数；该方法包括以下步骤第一步构造归一化矩阵A对M段信号的频谱分别进行归一化处理，得到M段归一化频谱，该M段归一化频谱能够消除任意两段信号的频率差对频谱的影响；第二步设计相位补偿矩阵B对M段归一化频谱进行融合处理，得到M段信号的融合处理频谱，该段融合处理频谱的分析效果能够达到与M段信号总长度相等的相位连续信号频谱的分析效果；第三步谱峰搜索融合处理频谱，得到待估频率fo的估计值；？。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的归一化矩阵A由下列公式计算，A(m，i) = ^(1)+(1(111)其中，A(m，i)表示归一化矩阵A中第(m，i)处的元素，i e [l，I]，me [1，M]，I和M 均为大于等于2的自然数；d(m)表示M段信号中任意两段信号的频率差&表示频率搜索序列，由待估频率fQ的大致取值范围fs。_线性等分(I-I)份生成，fx(i)表示&中第i个元素。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的归一化频谱由以下公式计算，NmXmUM = 0.5 Σ其中，^i1表示M段信号中第m段信号，m e [1，M]，M为大于等于2的自然数Ajf1⑴] 表示^i1的归一化频谱；Nm为正整数，表示ι的采样点数；nm为自然数且nm e [1，Nj，表示 Xffl的时间序列号；fs表示的采样频率，fs彡2&。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的相位补偿矩阵B由以下公式计算，B(m，i，j) = 0z(m)-0z(l)-gj(i) [(2m-l)Nm+l]其中，B(m，i，j)表示相位补偿矩阵B中第(m，i，j)的元素，m e [1，M]，i e [1，I], j e [1，J]，M、I和J均为大于等于2的自然数；ez(m)表示被噪声干扰后^cm的初相；fT表示频率替换序列，fj由待估频率&的大致取值范围fs。_线性等分(J-I)份生成，fj(j)表示fj中第j个元素，g」(i) = η [&(」)-&(1)]/仁。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的M段信号的融合处理频谱由以下公式计算，M w=l其中，X' Jf1G)]表示M段信号的融合处理频谱。
全文摘要
本发明涉及信号处理领域，特别是频率估计的一种多段信号融合方法。本发明的适用对象为M段任意长度的信号，M为大于等于2的自然数，且其中任意两段信号的频率差已知。本发明包括以下步骤首先，构造归一化矩阵A对M段信号的频谱分别进行归一化处理，得到M段归一化频谱，该M段归一化频谱能够消除任意两段信号的频率差对频谱的影响；然后，设计相位补偿矩阵B对M段归一化频谱进行融合处理，得到M段信号的融合处理频谱，该段融合处理频谱的分析效果能够达到与M段信号总长度相等的相位连续信号频谱的分析效果；最后，谱峰搜索融合处理频谱，获得信号频率估计值。本发明涉及的频率估计方法精度高、抗噪性强、普适性好。
文档编号G01S7/41GK102162846SQ20111002264
公开日2011年8月24日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者刘良兵, 涂亚庆, 肖玮 申请人:刘良兵, 涂亚庆, 肖玮