专利名称：一种线性调频信号的检测与参数估计方法
技术领域：
本发明涉及雷达、声纳及通讯领域，尤其是一种线性调频信号的检测与参数估计 方法。
背景技术：
LFM (Linear Frequency Modulation)信号作为一种典型的非平稳信号，广泛应用 于雷达、通信和声纳等领域，LFM信号在时频平面呈现为直线，任何一个复杂频率变化的信 号都可以用多个LFM信号的叠加来近似。如果一种时频分布不能对LFM信号提供良好的时 频聚集特性，它将不适合处理分析非平稳信号。因此它常常作为判断一种时频分析方法是 否有效的依据，由此可见，对线性调频信号的研究有着广泛而深刻的意义。
对于线性调频信号，传统的Fourier变换仅能得到信号整体频谱而不具备局部特 性，需要一系列新的分析理论应用于时变信号的处理，时频分析就是一种最直接而有效的 方法。首先短时Fourier变换(STFT)和Gabor变换被提出，并成为时频分析方法的创始者， 但不确定性原理使其时间分辨率和频率分辨率不能同时得到优化。其后小波变换作为一种 多分辨率的时频分析方法更适合分析具有自相关结构的信号，基于非线性时频分析技术的 ffigner-ville和Wigner-Hough变换和Radon变换由于在分析多分量LFM信号参数估计问 题中不能避免交叉性干扰而限制了发展。此后,分数阶Fourier变换(Fractional Fourier Transform),作为Fourier变换的广义形式，对LFM信号具有良好的时频聚集性。由于FRFT 是一维线性变换，在处理多分量问题时不存在交叉性干扰问题。但缺点是传统的DFRFT算 法需要在收集完全部输入数据的情况下才能进行DFRFT计算，存在一定的处理时延，在高 速信号处理领域往往不能满足要求；同时DFRFT参数离散化造成的参数效应，使参数估计 精度受到限制。发明内容
本发明的目的在于提供一种在接收到信号的同时自适应计算DFRFT、降低处理时 延、满足高速信号处理的要求、提高参数估计精度的一种线性调频信号的检测和参数估计 方法，该方法包括下列顺序的步骤
(I)对接收的信号进行量纲归一化；
(2)对量纲归一化后的信号进行离散分数阶傅里叶变换自适应计算；
(3)在插值运算的基础上进行参数提取，得到线性调频信号的中心频率计调频率。
由上述技术方案可知，本发明在接收到信号的同时采用自适应算法计算该型号的 DFRFT离散分数阶傅里叶变换，减少了完全采集完数据再进行DFRFT离散分数阶傅里叶变 换计算时产生的时延。此外，该方法在DFRFT离散分数阶傅里叶变换二维平面内进行参数 搜索阶段采用差值处理提高了信号估计精度。
图1为本发明的工作流程图2为分数阶傅里叶变换结果。
具体实施方式
一种线性调频信号的检测与参数估计方法，该方法包括下列顺序的步骤步骤一， 对接收的信号进行量纲归一化；步骤二，对量纲归一化后的信号进行离散分数阶傅里叶变换自适应计算；步骤三，在插值运算的基础上进行参数提取，得到线性调频信号的中心频率计调频率。如图1所示。
以下结合图1对本发明作进一步的说明。
一、对接收的信号进行量纲归一化
将受加性高斯白噪声干扰的线性调频信号表达式写为
X (t) =a0exp [ j π (2f0t+ μ 0t2) ] +n (t)(I)
其中％、&和为未知参数，分别代表线性调频信号的幅度，中心频率以及调频率，n(t)是加性高斯白噪声。
设定原始信号的时域区间为[-At/2, At/2]，频域区间为[-Af/2, Af/2]，引入一个具有时间量纲的归一化因子
S= ( Δ t/ Δ f)1/2(2)
并定义量纲归一化坐标为
x=t/s, v=fs(3)
新坐标系(x，v)实现了量纲归一化；2个区间都归一化为[-Λχ/2，Λχ/2]，其中 Ax=(AtAf)1/2，信号采样间隔变为l/Λχ。经离散尺度化法量纲归一化后，LFM信号的参数也被改变了。设式(I)中LFM信号经量纲归一化后的调频率为μ’，初始频率为&，其“最佳”分数阶旋转角为式，最大值点的坐标为，它们之间的量化关系为
权利要求
1.一种线性调频信号的检测与参数估计方法，该方法包括下列顺序的步骤步骤一，对接收的信号进行量纲归一化；步骤二，对量纲归一化后的信号进行离散分数阶傅里叶变换自适应计算；步骤三，在插值运算的基础上进行参数提取，得到线性调频信号的中心频率计调频率。
2.根据权利要求1所述的线性调频信号的检测与参数估计方法，其特征在于所述的步骤一包括，将受加性高斯白噪声干扰的线性调频信号表达式写为
3.根据权利要求1所述的线性调频信号的检测与参数估计方法，其特征在于所述的步骤一包括，设定原始信号的时域区间为[_At/2，At/2]，频域区间为[_Af/2，Af/2], 引入一个具有时间量纲的归一化因子S= ( Δ t/ Δ f)1/2(2)并定义量纲归一化坐标为 x=t/s, v=fs(3)新坐标系(X，v)实现了量纲归一化；2个区间都归一化为[-Λχ/2，Λχ/2]，其中 Ax=(AtAf)1/2，信号采样间隔变为I/ Λ X。
4.根据权利要求1所述的线性调频信号的检测与参数估计方法，其特征在于所述的步骤一包括，含噪声的LFM信号的离散形式可以表示为
5.根据权利要求1所述的线性调频信号的检测与参数估计方法，其特征在于所述的步骤二包括，根据分解性计算离散分数阶傅里叶变换DFRFT的算法，离散信号s (η)的DFRFT 可以表示为
6.根据权利要求1所述的线性调频信号的检测与参数估计方法，其特征在于所述的步骤三包括，对离散坐标进行插值补偿
7.根据权利要求5所述的线性调频信号的检测与参数估计方法，其特征在于取输入向量为u(n) = [u(-(N-l)/2，n)，u(-(N-l)/2+l，n)，...，u((N-l)/2，n)]T、滤波器权系数为 w (n) = [w_(N_1)/2 (η), w_(N_1)/2+1 (η), ···，w(N_1)/2 (η) ]Η、目标信号为 d(n)构建自适应滤波器,进而可以得到滤波器的输出和误差信号为y (n) =wH (η-1) u (η)(12)e (n) =d (η) -y (η) =d (η) -wH (η-1) u (η)(13)构造代价函数J(n)=E[|e(n) |2] =E [ | d (η) ιΗ(η_1) u (η)21 ] (14)。
8.根据权利要求7所述的线性调频信号的检测与参数估计方法，其特征在于采用最小均方误差算法最小化代价函数，滤波器权系数的更新公式为w (n) = w (η-1) + μ u (n) e* (η)(15)其中μ为学习速率，当算法收敛时，所得的滤波器权系数即为DFRFT的结果。
全文摘要
本发明涉及一种线性调频信号的检测和参数估计方法，该方法包括下列顺序的步骤(1)对接收的信号进行量纲归一化；(2)对量纲归一化后的信号进行离散分数阶傅里叶变换自适应计算；(3)在插值运算的基础上进行参数提取，得到线性调频信号的中心频率计调频率。本发明在接收到信号的同时采用自适应算法计算该型号的DFRFT离散分数阶傅里叶变换，减少了完全采集完数据再进行DFRFT离散分数阶傅里叶变换计算时产生的时延。此外，该方法在DFRFT离散分数阶傅里叶变换二维平面内进行参数搜索阶段采用差值处理提高了信号估计精度。
文档编号G06F17/14GK102999473SQ20121039581
公开日2013年3月27日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者胡以华, 郝士琦, 冷蛟锋, 焦均均, 赵楠翔, 骆盛, 周建国 申请人:中国人民解放军电子工程学院