基于稀疏约束的线性调频信号参数估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，更进一步设及线性调频信号参数的估计方法，可用于 信号处理中对线性调频信号的参数估计。
【背景技术】
[0002] 线性调频信号作为一种典型的非平稳信号而且具有大的时间-频带积，被广泛用 于各种信息系统。从电子战和电子干扰的角度看，为解决作用距离和距离分辨率的矛盾W 及提高信号的隐蔽性，通常采用线性调频信号。因此对于线性调频信号的检测和参数估计， 便成为电子研究的重点。
[0003] 目前，线性调频信号参数估计的方法有Radon-Ambiguity变换法和分数阶傅叶变 换FRFT法。
[0004] 第一种Radon-Ambiguity变换法，是先求线性调频信号的模糊函数，然后对 其进行Radon变换，最终获得调频率。例如，赵兴浩，陶然，周思永，王越的论文"基于 Radon-Ambiguity变换和分数阶傅立叶变换的chirp信号检测及多参数估计"（《北京理工 大学学报》2003年6月第23卷第3期）就是对线性调频信号的参数估计方法，该种方法的 不足是抗噪声性能不高，在多个信号时，估计出的调频率不是很精确。
[0005] 第二种分数阶傅叶变换FRFT法，是W旋转角a为变量进行扫描，求出线性调频信 号的FRFT变换，从而形成信号能量在参数平面（a，u)平面的二维分布，在此平面按照阔值 进行平面捜索检测得到线性调频信号的参数估计。例如，唐江的论文"基于FRFT的LPI雷 达信号参数估计方法研究"，解放军信息工程大学导航与空天目标工程学院，2013年，就是 一种对线性调频信号的参数估计方法，但该种方法的缺点是估计精确度不高。
【发明内容】
[0006] 本发明在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于稀疏约束的线性调频信号参 数估计方法，W减小误差，提高估计参数的精确度。
[0007] 实现本发明的技术思路是通过建立稀疏重构模型，迭代求解优化问题获得高分辨 率角度谱，通过对角度谱进行峰值检测得到目标的角度信息，再求出其对应的调频率。其具 体步骤包括如下：
[000引 （1)雷达发射线性调频信号s(t)，得到回波信号x(t)，并对该回波信号x(t)进行 离散采样，得到离散信号x(n)，0《n《M-1，M为采样点数；
[0009] 似根据离散信号X(n)，得到模糊函数；
[0010]
【主权项】
1. 一种基于稀疏约束的线性调频信号参数估计方法，包括如下步骤： (1) 雷达发射线性调频信号S (t)，得到回波信号X (t)，并对该回波信号X (t)进行离散 采样，得到离散信号X (n)，O < η < M-I，M为采样点数； (2) 根据离散信号X (η)，得到模糊函数；
其中τ表示时间，fd表示频偏，t s为采样间隔，M为采样个数，X #表示X的共轭； ⑶对模糊函数AF(^fd)进行Radon变换，得到投影谱线R(a); (4) 按照下式将角度范围θ_~Θ min等间隔划分为P个角度，第i个角度为：
其中，1 = 1，2，一，？，0_为测角范围的最小值，0_为测角范围的最大值； (5) 根据⑷中划分所得的角度，利用公式k = tan Θ，得到第i个角度Θ澌对应的 调频斜率ki; (6) 在无噪声情况下，由调频斜率ki，k2，…，ki，，kP，计算得到投影谱线 R 1 ( a )，R2 ( α )，…，Ri ( α )，…Rp ( α )，并构造稀疏矩阵沪： (ρ = [/?, (a), R2(a), ··,/?,(?), · · ·/?,,(?)]： (7) 利用稀疏矩阵W和中投影谱线R( α )，构建如下关系式： -!?⑷-魂+剩]， 其中，min{ ·}表示求最小的运算符号，λ为正则化参数，I I · I I i表示向量的1范数， I I · I I2表示向量的2范数，β表示稀疏的角度谱向量； (8) 使用MATLAB的SeDuMi工具包中sedumi函数求解（7)中关系式，获得稀疏的角度 谱向量β ; (9) 采用阈值比较法，对角度谱向量β进行峰值检测，获得角度谱向量峰值元素索引 值1，由该峰值元素索引值1确定出角度值θ :
(10) 根据角度9，得到调频率k = tan Θ。
2. 根据权利要求1所述的基于稀疏约束的线性调频信号参数估计方法，其中所述步骤 (1)中的线性调频信号s (t)，表示为：
其中A为线性调频信号的幅度，&为线性调频信号的起始频率，k为调频斜率，t表示 时间。
3. 根据权利要求1所述的基于稀疏约束的线性调频信号参数估计方法，其中所述步骤 (1)中的回波信号X (t)，表示为： x(t) = s(t-t〇) + 〇 (t) 其中，h是距离引起的信号传播相对时间延迟，ω⑴是均值为0、方差为δ 2的高斯白 噪声。
4. 根据权利要求1所述的基于稀疏约束的线性调频信号参数估计方法，其中所述步骤 (3)中的投影谱线R(a)，按照如下公式获得：
其中AF(^fd)为模糊函数，δ (·)为冲击函数，M为采样个数，τ,表示第k个时间采 样点，fdn表示第η个频率采样点，m表示调频率m = tan ( α )，α表示调频率所对应的正切 角。
5. 根据权利要求1所述的基于稀疏约束的线性调频信号参数估计方法，其中所述步骤 (9)中通过阈值比较法，对角度谱向量β进行峰值检测，获得角度谱向量峰值元素索引值 1，按以下步骤进行： (9a)对角度谱向量β进行归一化处理，得到归一化角度谱向量及； (9b)设置阈值ε =0.2,按照如下公式获得峰值索引值： / ~\i\Pj >ε,?^ 1,2,···,Pj , 其中，及为归一化角度谱向量彦的第i个元素，P表示将角度范围~Θ min等间隔 划分的个数。
【专利摘要】本发明公开一种基于稀疏约束的线性调频信号参数估计方法，主要解决现有方法分辨率低以及计算量大的问题。其技术方案是：1.利用目标的稀疏性，根据Radon-Ambiguity变换法，得到投影谱线；2.对测角范围进行角度划分，设计二维投影的稀疏基；3.利用投影谱线与稀疏基构建关系式；4.求解关系式，获得高分辨率角度谱；5.通过阈值比较法对角度谱进行峰值检测，得到信号对应的角度值；6.根据角度值计算得到调频率值。本发明具有计算量小，分辨率高的优点，可用于通信和信息处理系统。
【IPC分类】G01S7-41
【公开号】CN104880697
【申请号】CN201510249118
【发明人】赵光辉, 谭萌, 石光明, 孙爽爽, 沈方芳
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月15日