一种离散频谱校正方法

1.本发明涉及信号参数测量领域，是一种离散频谱校正方法。


背景技术：

2.在雷达利用多普勒效应测量目标速度的时候，由于快速fft产生的栅栏效应造成多 普勒频率无法正好处在采样点上，这样得到的多普勒频率将会出现比较大的偏差，如果不进 行频谱校正，测得的目标速度也会出现较大误差。
3.校正的误差来源主要有两个方面。首先是校正方法本身存在的误差，这包括校正过 程中的近似误差、算术误差等，另一方面的误差来自噪声污染。
4.评价一种频谱校正方法的优劣可以从以下几个方面：抗噪声性能、校正精度、计算 速度。其中抗噪声性能是最重要的指标之一，原因在于实际测量中，回波信号必然要受到噪 声的影响，一种频谱校正算法的是否对噪声敏感，会直接影响最终校正结果的准确性。
5.目前常见的离散频谱校正方法有插值法，比值法，能量重心法，fft+dft傅里叶变 换法、三角形法等。其中插值法、比值法、fft+dft傅里叶变换法这三种方法的校正精度 高，但在实际应用中，这三种方法运算量过大，运算时间长，并不适用于实时数据处理。能 量重心法在无噪声情况下，校正精度可无限接近于真实值，但这种方法对噪声较为敏感。三 角形法为较为实用与通用的方法，但是其误差相对较大。


技术实现要素：

6.本发明想要解决的技术问题是：针对由于fft的栅栏效应造成的真实谱峰无法正好 处在采样点上，提出了一种离散频谱的校正方法。
7.一种离散频谱校正方法，其特征在于具体包括以下步骤：s1：搜寻回波信号最大值，截取主瓣信号。
8.s2：比较回波信号最大值两侧第一条谱线的高度，将数据分为谱峰侧和非谱峰侧。
9.s3：求得谱峰侧数据的校正点并向x轴做投影，获得投影点。
10.s4：求得非谱峰侧数据的校正点并向x轴做投影，获得投影点。
11.s5：取最内侧两个投影点的中点，将中点的横坐标作为校正结果，即校正后谱峰的位 置。
12.进一步的，所述步骤s1具体为：将横坐标命名为x轴，搜索经过快速fft变换后的 回波信号的最大值，将最大值所在的谱线称为最大值谱线；应当区别谱峰与最大值谱线这两 种说法，最大值谱线是搜素到的结果，并非回波信号真实的谱峰。截取主瓣信号，截取时两 侧谱线数量应相同，数量不同时，舍弃多余的谱线。
13.所述步骤s2具体为：比较最大值谱线两侧第一条谱线的幅值，以最大值谱线为分界 线，将幅值小的一侧连同最大值谱线称为非谱峰侧，另外一侧称为谱峰侧。
14.所述步骤s3具体为：依次连接谱峰侧相邻谱线的顶点，以其中两条谱线为例，根据 两顶点的坐标求得所在直线的方程；找到非谱峰侧高度介于这两条谱线之间的对应谱线，
过 对应谱线的顶点做平行于x轴的直线，根据顶点坐标以及直线斜率求得该直线的方程；根据 两条直线的方程求得交点坐标，取交点与对应谱线顶点的中点；将中点向x轴做投影，称为 投影点；其它谱线按照同样的方法处理。
15.所述步骤s4具体为：依次连接非谱峰侧相邻谱线的顶点，以其中任意两条谱线为 例，连接两条谱线顶点，根据两点的坐标，求得所在直线的方程；找到谱峰侧高度介于这两 条谱线之间的对应谱线，接下来的步骤与步骤s3中对应部分的所述相同，这里不做赘述。
16.所述步骤s5具体为：取最内侧两个投影点的横坐标求平均，作为校正结果。例如存 在n个投影点时，取第n/2个与第(n/2)+1个点的中点，以中点的横坐标作为校正后的谱峰 位置。
17.进一步的，步骤s5的原理为：(r1)：真实回波信号为曲线，校正时假设一侧为直线，直线与曲线之间的距离是造成最终 误差的主要原因，误差越大则投影点距离真实谱峰位置更远，因此最内侧两点最为逼近谱峰 位置；(r2)：由于回波信号为对称曲线，则曲线两侧的凹凸性相同，凹凸性会决定投影点的分布 位置，因此分布在谱峰两侧的投影点数量相同。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
19.图1，本发明的步骤流程图图2，本发明的步骤1与步骤2示意图图3，本发明的步骤3与步骤4示意图图4，本发明的步骤5示意图图5，本发明的原理示意图图6，本发明的特殊情况示意图图中：1.部分信号，2.谱峰侧，3.非谱峰侧，4.谱峰侧第2条谱线，5.谱峰与x轴的 交点，6.最大值谱线左侧的第一条谱线，7.谱峰，8.最大值谱线，9.最大值谱线右侧的 第一条谱线，
具体实施方式:
本发明中谱线指的是频谱中的谱线，谱峰指的是真实的最大值所在谱线，谱峰位置指的是谱 峰的横坐标。同时，应当区别谱峰与最大值谱线这两种说法，最大值谱线是搜索到的结果， 并非回波信号真实的谱峰。
20.为使得本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的技术方 案作进一步的详细描述。
21.本发明的步骤共分为5步，具体步骤如下：步骤1：结合图2，以横坐标为x轴，图2中的曲线为经过快速fft变换后的部分信号1，假设真实的最大值所在谱线为谱峰7，交点4的横坐标即为真实谱峰的位置，搜索到的最大值为最大值谱线8。截取主瓣信号，截取时两侧谱线数量应相同，数量不同时，舍弃多余的谱线。
中，最中间两个点最为靠近谱峰位置，证明步骤如下：(1)：真实回波信号为曲线，而校正时虚线dc为直线，点l与点n之间的距离是造成误 差的原因；(2)：由于mj的长度为mp的长度为则jp的长度为(3)：由于点e、f分别为点j与点p的投影点，则ef的长度也为因此误差越大， 投影点e距离点f越远，位置越靠近外侧，在所有投影点中，最中间两个点最为靠近谱峰 位置。
31.值得注意的是：存在一种特殊情况，结合图6，假如主瓣信号两侧都只有两条谱线， 如果刚好两侧顶点之间的曲线凹凸性不对称，左侧为凹函数，右侧为凸函数，则会造成真实 谱峰两侧的投影点数量不同。由于主瓣信号的凹凸性只会变化一次，因此两侧投影点至多相 差一个，这种情况会造成精度小幅度下降，实际应用中极少出现这种情况，这种特殊情况并 不影响本发明的实际应用。


技术特征：
1.一种离散频谱校正方法，其特征在于包括以下步骤：s1：搜寻回波信号最大值，截取主瓣信号；s2：比较回波信号最大值两侧第一条谱线的高度，将数据分为谱峰侧和非谱峰侧，以横轴为x轴；s3：求得谱峰侧数据的校正点并向x轴做投影，获得投影点；s4：求得非谱峰侧数据的校正点并向x轴做投影，获得投影点；s5：取最内侧两个投影点的中点，将中点的横坐标作为校正后谱峰的位置。2.如权利要求1所述一种离散频谱校正方法，其特征在于，步骤s1的具体步骤为：搜索回波信号的最大值，称为最大值谱线；截取主瓣信号，截取时两侧谱线数量应相同，数量不同时，舍弃多余的谱线。3.如权利要求1所述一种离散频谱校正方法，其特征在于，步骤s2的具体步骤为：比较最大值谱线两侧第一条谱线的幅值，将幅值小的一侧连同最大值谱线称为非谱峰侧，另外一侧称为谱峰侧。4.如权利要求1所述一种离散频谱校正方法，其特征在于，步骤s3的具体步骤为：依次连接谱峰侧相邻两条谱线的顶点，求得所在直线的方程；找到非谱峰侧的对应谱线，过其顶点做平行于x轴的直线，求得该直线的方程；求得两条直线交点，取交点与对应谱线顶点的中点；将中点向x轴做投影，获得投影点。5.如权利要求1所述一种离散频谱校正方法，其特征在于，步骤s4的具体步骤为：依次连接非谱峰侧相邻谱线的顶点，求得所在直线的方程；找到谱峰侧的对应谱线，过其顶点做平行于x轴的直线，求得该直线的方程；求得两条直线交点，取交点与对应谱线顶点的中点；将中点向x轴做投影，获得投影点。6.如权利要求4和5所述的对应谱线，其特征在于，选取条件为：连接任意一侧相邻两条谱线的顶点，则另外一侧幅值介于这两条谱线之间的谱线，称为对应谱线。7.如权利要求1所述一种离散频谱校正方法，其特征在于，步骤s5的具体步骤为：取最内侧的两个投影点的中点，以中点的横坐标作为校正结果，即校正后谱峰的位置。

技术总结
本发明公开了一种离散频谱校正方法，所述方法利用有限点实现了对离散频谱的校正，针对快速FFT变换后信号出现的栅栏效应，本发明提出了一种离散频谱的校正方法：搜索离散频谱信号的最大值，截取主瓣信号，将最大值两侧的数据分成谱峰侧和非谱峰侧，求得谱峰侧数据的校正点并向横轴做投影，获得投影点，求得非谱峰侧数据的校正点并向横轴做投影，获得投影点，取所有投影点中最内侧两点的中点，以中点的横坐标作为校正结果，即校正后谱峰的位置。本发明所述方法利用了误差与投影点所在位置的关系，选取误差最小的点，具有抗噪声能力强、计算方法简单、计算量小的优点。计算量小的优点。


技术研发人员：石家祥 宋小全 王晓磊 刘金涛
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：2021.06.16
技术公布日：2022/12/15