一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法

本发明属于数字信号处理领域，具体涉及一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法。

背景技术：

1、线性调频信号的瞬时频率随时间线性变化，其具有大的时宽带宽积以及较好的脉冲压缩特性，可以同时满足在保证一定探测距离的同时且具有较好的分辨率的要求，因此被广泛应用于雷达、声纳、卫星通信等领域。通过对初始频率以及调频率两个参数的确定可以得到线性调频信号的瞬时频率信息，从而实现对目标的准确探测，因此对这两个参数进行精确的估计显得尤为重要。

2、目前对线性调频信号的分析常采用时频分析方法，包括wigner-ville分布(wvd)、radon-ambiguity变换(rat)和分数阶傅里叶变换(frft)等，这几种方法都利用了线性调频信号在时频方面具有良好的能量聚集特性。其中，wvd分布作为一种二次型时频变换，对单分量线性调频信号的分析具有很好的优势，但对于多分量信号，会产生严重的交叉项干扰；rat运算速度较慢，限制了其工程应用，且rat算法丢失了信号的初始频率信息，仅适用于对调频率感兴趣的场合；分数阶傅里叶变换作为一种新兴的时频分析工具，尽管目前已经出现了多种改进的优化算法，但都避免不了frft需要进行二维搜索、计算量较大的缺陷。故单采用上述时频分析方法对线性调频信号进行分析，难以同时兼顾运算量小，精度高等要求，本发明利用单分量线性调频信号具有很好的时频聚集性的优势，采用多种分析方法联合使用的设计思路，较好地克服了上述方法存在的不足。

3、受多种不可控因素的影响，雷达接收机接收到的回波信号不可避免地会混杂大量随机噪声，对信号的检测带来严重干扰，当噪声的频率和能量到达一定阈值时，就会淹没有用信号，造成信号失真，甚至导致信号检测工作无法正常进行。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法，包括以下步骤：

2、s1、采集线性调频雷达发射波中含有随机噪声的连续线性调频信号，并将其离散化处理，得到离散的信号序列；

3、s2、将离散的信号序列通过高斯窗进行时域截断，并补零填充后形成一系列连续时间变化、帧长相等的不同子信号，对每帧子信号进行fft变换，将其从时域转换至时频域，同时将子信号按照时间先后顺序命名为帧序向量；

4、s3、获取时频域子信号stft的能量频谱，搜索每帧信号频谱中的最大谱峰，设定幅值阈值，提取频谱中大于给定阈值的所有峰值；

5、s4、采用三次样条插值法对提取的频谱峰值进行修正，获得准确的谱峰幅值，根据准确谱峰幅值提取出其对应的频率；

6、s5、将提取出的频率和帧序向量投射至二维时频面，构造旋转方程进行等步距旋转扫描；

7、s6、依次同步投影不同旋转角度的频率向量，划分细小频带记录频率数量统计结果；

8、s7、采用中值滤波消除噪声趋势项，求得频率数量的最大统计值，进而得到参数的初步估计值；

9、s8、选取初步估计值邻域内的样本点进行拟合，消除异常数据的干扰，得到初始频率以及调频率的最终估计结果。

10、本发明的有益效果：

11、本发明采用短时傅里叶变换对信号进行时频分析，运算简单，且不需要进行多维搜索，将信号的参数估计问题转化为峰值搜索问题，大大减少了运算量，且容易实现；

12、本发明利用线性调频信号的能量聚集特性构造旋转方程，当时频线与频率轴正交时，信号的能量聚集性最强，其能量投影汇聚成一点，表现为冲击形式，此时噪声的能量聚集特性明显不会高于信号，采用中值滤波消除噪声趋势项有效排除了强噪声的干扰，实现了在极低信噪比条件下对线性调频信号初始频率和调频率的精确估计。

13、本发明采用多种方法联合使用的设计方案，在整个信号处理过程不断优化样本数据，消除了异常数据点的影响，达到了高精度估计参数的要求。

技术特征：

1.一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法，其特征在于，所述含有随机噪声的连续线性调频信号，包括：

3.根据权利要求1所述的一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法，其特征在于，所述将含有随机噪声的连续线性调频信号离散化处理，得到离散的信号序列，对每帧子信号进行局部fft，将其从时域转换至时频域，包括：

4.根据权利要求1所述的一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法，其特征在于，将离散的信号序列通过高斯窗进行时域截断，并补零填充后形成一系列连续时间变化、帧长相等的不同子信号，包括：

5.根据权利要求1所述的一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法，其特征在于，获取时频域子信号stft的能量频谱，搜索每帧信号频谱中的最大谱峰，设定幅值阈值，提取频谱中大于给定阈值的所有峰值，包括：

6.根据权利要求1所述的一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法，其特征在于，将提取出的频率、帧序向量投射至二维时频面，构造旋转方程进行等步距旋转扫描，包括：

7.根据权利要求1所述的一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法，其特征在于，依次同步投影不同旋转角度的频率向量，划分细小频带记录频率数量统计结果，包括：

8.根据权利要求1所述的一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法，其特征在于，采用中值滤波消除噪声趋势项，求得频率数量的最大统计值，进而得到参数的初步估计值，包括：

9.根据权利要求1所述的一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法，其特征在于，选取初步估计值邻域内的样本点进行拟合，消除异常数据的干扰，得到初始频率以及调频率的最终估计结果，包括：

10.根据权利要求9所述的一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法，其特征在于，根据截距以及斜率最终得到线性调频信号的初始频率估计值和调频率估计值包括：

技术总结
本发明属于数字信号处理领域，具体涉及一种低信噪比条件下线性调频信号参数估计方法，包括：采集信号并将其离散化；将离散序列分帧成子信号，加窗补零操作后对进行FFT，并获取帧序向量；搜索每帧信号频谱的最大谱峰，并采用三次样条插值法修正得到对应的频率；将两组向量在平面内进行等步距逐次旋转扫描；同步投影不同旋转角度的频率向量，划分频带记录频率数量统计结果；采用中值滤波消除趋势项，求得统计量的最大值，进而得到参数初步估计值；利用最小二乘法拟合得出线性调频信号初始频率和调频率的最终估计结果。本发明克服了现有技术中低信噪比条件下线性调频信号参数估计难度大、精度低、计算复杂的难题，具有良好的工程实用性。

技术研发人员：罗久飞,禄盛,邓聪颖,冯松
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16