一种频率分集信号的频率提取方法技术

一种频率分集信号的频率提取方法，属于无线信号处理领域。现有的采用短时傅里叶变换方法处理无线电信号时，存在对所处理的信号信噪比要求高以及信号频率个数确定准确率低的问题。一种频率分集信号的频率提取方法，对获取的信号进行变频和滤波的预处理；依据窗长采用滑窗方式依次对每个窗内截取的信号进行FFT处理；记录每个窗信号FFT后频谱幅度超过门限的位置；在所有窗中记录的位置中筛选出超过门限次数限定值K的位置，确定为存在真实频率；利用真实频率与采样频率、频率位置的关系，计算频率分集信号的真实频率。本发明专利技术方法能够克服利用短时傅里叶变换进行信号处理时对信噪比要求高的弊端，具有运算效率高、并能准确确定信号频率个数的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
频率分集信号是一种脉冲多频信号，具有多样化的工作频率，因此具有较高的抗 干扰能力，常用于目标的探测、定位，因此准确的提取和分析信号的频率特征对目标的准确 定位具有极为重要的意义。瞬时频率特征能反映信号的脉内调制变化规律，相对于其他特 征具有其独特的优势，作为非平稳信号非常重要的特征，瞬时频率的估计和提取一直是非 平稳信号分析中的研究热点。目前，已有多种方法被提出用于瞬时频率的提取，主要包括瞬 时自相关、相位差分、过零检测以及时频分析方法等。STFT是常用的时频分析方法，可以对 多频率分集信号进行分析，但在低信噪比下分析效果较差。 本专利技术提出一种基于短时傅里叶变换的多频率分集信号频率提取的算法，结合虚 警和检测概率能够合理的选择算法中的关键参数，更适应在低信噪比下对分集信号的瞬时 频率进行提取。本专利技术适用场合较窄，仅适用于利用频率分集信号进行目标探测或信号分 类等场合，但能够充分利用信号的频域信息，准确确定频率分集信号频率。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的采用短时傅里叶变换方法处理无线电信号时，存 在对所处理的信号信噪比要求高以及信号频率个数确定准确率低的问题，而提出一种频率 分集信号的频率提取方法。 -种频率分集信号的频率提取方法，所述方法包括频率个数确定部分和真实频率 计算部分，具体通过以下步骤实现： 步骤一、获取信号，并对获取的信号进行变频和滤波的预处理； 步骤二、确定窗长及步长，依据窗长采用滑窗方式依次对每个窗内截取的信号进 行FFT处理； 步骤三、确定检测门限，将每个窗信号FFT后频谱的幅度与检测门限进行比较，记 录每个窗信号FFT后频谱幅度超过门限的位置； 步骤四、对所有窗中记录的位置进行筛选，若某一位置超过门限次数达到限定值 K，则认为该位置存在真实频率；否则，认为该位置不存在真实频率，舍弃； 步骤五、利用真实频率与采样频率、频率位置的关系，并通过真实频率计算公式：=1，2, -·，Μ)计算频率分集信号的真实频率；其中，4表示频率分集信号存 在的某一真实频率，Ini表示真实频率存在的位置，N表示短时傅里叶变换窗长，F 3表示信号 的采样频率，M表示信号中存在的频率个数。 本专利技术的有益效果为： 本专利技术充分利用了 STFT具有多个窗的优势，将信号检测理论中的虚警概率和检 测概率引入到频率个数确定的方法中，重新定义两概率获得公式，并将警概率和检测概率 与检测门限和超门限次数相联系，推导出它们之间的关系，在一定信噪比下，合理的选择检 测门限和超门限次数两参数即可完成对信号频率的检测。通过确定检测门限和超过门限次 数的选择，并结合具体的检测概率和虚警概率的计算公式，实现低信噪比条件下对频率分 集信号频率个数及大小进行准确确定。且频率分集信号频率个数及大小确定的准确率达 95-97 % 〇【附图说明】 图1为本专利技术方法流程图； 图2为本专利技术在_25dB的条件下不同K值检测概率与虚警概率的关系图； 图3为本专利技术图2所示的_25dB的条件下不同K值检测概率与虚警概率关系局部 放大图；【具体实施方式】【具体实施方式】 一： 本实施方式的，所述方法包括频率个数确定部 分和真实频率计算部分，具体通过以下步骤实现： 步骤一、获取信号，并对获取的信号进行变频和滤波的预处理； 步骤二、确定窗长及步长，依据窗长采用滑窗方式依次对每个窗内截取的信号进 行FFT处理，FFT表示快速傅里叶变换；窗的含义表示采用不同的截取函数对信号进行截 断，截断函数称为窗函数，简称为窗； 步骤三、确定检测门限，将每个窗信号FFT后频谱的幅度与检测门限进行比较，记 录每个窗信号FFT后频谱幅度超过门限的位置； 步骤四、对所有窗中记录的位置进行筛选，若某一位置超过门限次数达到限定值 K，则认为该位置存在真实频率；否则，认为该位置不存在真实频率，舍弃； 步骤五、利用真实频率与采样频率、频率位置的关系，并通过真实频率计算公式：= 1，2,…，M)计算频率分集信号的真实频率；其中，匕表示频率分集 信号存在的某一真实频率，Ini表示真实频率存在的位置，N表示短时傅里叶变换窗长，F 3表 示信号的采样频率，M表示信号中存在的频率个数。【具体实施方式】 二： 与【具体实施方式】一不同的是，本实施方式的， 步骤四所述判定某一位置超过门限的过程为， 步骤四一、选择能同时发射不同频率子脉冲的频率分集信号形式：方真产生频率分集信号，用于下一步的信号频率检测；式中，A 表示子脉冲信号的幅度，j表示虚数单位，其大小为-1的平方根，匕表示频率分集信号存在 的某一真实频率，t表不时间自变量，表不每个子脉冲信号的相位，M表不信号中存在的 频率个数，exp表示e指数运算符； 步骤四二、设定采样频率以及短时傅里叶变换相关参数：短时傅里叶变换窗长和 步长，接收步骤四一中频率分集产生的信号并进行截取，当信号能量在连续的情况下是对 信号幅度平方后求积分，当信号能量在离散的情况下则是用求和代替积分即信号序列模的 平方和，由此计算每个窗内信号和高斯白噪声的总能量E A，即：EA= E S+EN;然后估计信噪比 SNR，由于信噪比SNR被定义为信号能量与高斯白噪声能量的比值，即信噪 比SNR通过现有实际方法即可求得，即信噪比SNR已知求取每个窗内截取的信号的信号能 量Es和高斯白噪声能量En;式中，Es表示每个窗内的信号能量，示每个窗内的高斯白 噪声能量，&与E n的和为每个窗内信号和高斯白噪声的总能量Ea，即Ea= E S+EN，Ig为以10 为底取log运算； 步骤四三：求取虚警概率公式：Pf= 1-(1-PK)N以及检测概率公式：P D= (PSK)M;式 中，N表示短时傅里叶变换窗长，Pk表示所有窗中任意位置频谱幅度超过检测门限K次的概 率;M表示信号中存在的频率个数，P sk表示所有窗中信号频率点位置频谱幅度超过检测门 限K次的概率； 步骤四四：根据步骤四三求得的虚警概率公式和检测概率公式，确定出在不同检 测门限和超门限次数K条件下检测概率与虚警概率关系图，并直观的筛选出符合虚警概率 和检测概率实际设定要求的一组或多组检测门限以及超门限次数K ; 以信噪比-25dB下为例，对信号频率进行检测，假设实际要求虚警概率低于0. 01， 检测概率高于0. 9,信号频率个数假设为M = 3。图2为25dB下不同K值检测概率与虚警 概率的关系图，考虑到图的清晰程度，K的取值范围设定在2~20(实际情况可根据公式推 导中K的取值范围选择）。图2中，虚线1为虚警概率0. 01的界限，虚线2为检测概率0. 9 的界限，显然两条虚线左上方空间对应的检测门限和超门限次数K符合要求，即为直观筛 选出的符合虚警概率和检测概率实际设定要求的一组或多组检测门限以及超门限次数K ; 步骤四五：步骤四四确定的检测概率与虚警概率关系图中存在多组值符合要求， 且每一个点都有确定的检测门限和K值，预留出容错范围，从多组值检测门限和K值组合中 选择一组与要求的边界距离远的即可。【具体实施方式】 三： 与【具体实施方式】二不同的是，本实施方式的， 步骤四三所述求取虚警概率公式：Pf= ι-α-ρ K)N的过程为，由于噪声总是客观存在的，当 噪声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频率分集信号的频率提取方法，其特征在于：所述频率提取方法通过以下步骤实现：步骤一、获取信号，并对获取的信号进行变频和滤波的预处理；步骤二、确定窗长及步长，依据窗长采用滑窗方式依次对每个窗内截取的信号进行FFT处理；步骤三、确定检测门限，将每个窗信号FFT后频谱的幅度与检测门限进行比较，记录每个窗信号FFT后频谱幅度超过门限的位置；步骤四、对所有窗中记录的位置进行筛选，若某一位置超过门限次数达到限定值K，则认为该位置存在真实频率；否则，认为该位置不存在真实频率，舍弃；步骤五、利用真实频率与采样频率、频率位置的关系，并通过真实频率计算公式：(m＝1,2,…,M)计算频率分集信号的真实频率；其中，fm表示频率分集信号存在的某一真实频率，lm表示真实频率存在的位置，N表示短时傅里叶变换窗长，Fs表示信号的采样频率，M表示信号中存在的频率个数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雅琴，邹志国，任光辉，吴龙文，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23