一种基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法技术

一种基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法，本发明专利技术涉及相位编码信号的参数估计方法。本发明专利技术为了解决现有采样率过高的问题。本发明专利技术提出的多通道并行采样系统，在已知信号调制类型的前提下，可以实现对MPSK信号的欠采样，最低的等效采样率仅为

【技术实现步骤摘要】
一种基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法
本专利技术涉及雷达信号处理领域，具体涉及基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法。
技术介绍
相位编码信号属于脉冲压缩的调制方式中的一种，具有较高的分辨率和较强抗干扰能力等优点，因而被广泛应用于脉冲压缩雷达中，可以获得较大的时宽带宽积。同时该信号也在数字通信系统中也有广泛的应用。常用的相位编码信号有二进制相移键控(BinaryPhaseShiftKeying，BPSK)，正交相移键控(QuadraturePhaseShiftKeyin，QPSK)等形式。在电子侦察领域，为了从敌方雷达中获取有效信息，需要对雷达调制方式进行识别，同时需要对雷达信号的调制参数进行估计。在非合作的电子环境中，雷达信号的调制参数估计是对信号解码的基础，因此相位编码信号的参数估计具有很高的研究价值。目前已经出现了许多针对相位编码信号的参数估计方法。1983年，VeterAJ和VeterbiAM提出了最大似然估计的方法。1996年MazzengaF提出了基于循环谱理论的最小均方误差法。基于二阶统计量的最大似然法在1998年被提出。这些方法大都需要一定的先验知识，因此在非合作环境中应用较少。在2000年，MounirGhogho,AnanthmnandTariqDurran提出一种非线性载频估计方法，可以把相位编码信号的估计转换为正弦信号的频率估计，具有很好的效果。针对相位编码信号符号长度的估计，国内外学者提出了许多基于Haar小波的码元宽度估计方法。上述的方法都可以实现对相位编码信号参数的估计。但是根据奈奎斯特采样定理可知，为了从采样样本中完全重建模拟信号，采样率必须大于或等于信号带宽的两倍。如果采样率不满足奈奎斯特采样定理，将会导致频谱混叠，无法准确分辨信号参数。随着信号带宽的逐步增加，上述算法对采样设备的压力也随之增大，高速采样也导致了后端数据存储和数据处理的压力增大。因此有必要研究信号的欠采样参数估计方法。本专利技术针对多进制数字相位调制(Multiplephaseshiftkeying，MPSK)信号提出欠采样参数估计方法。MPSK信号可以用有限数量的参数来表征，具体形式见下式：其中是信号的幅度，τ是信号的持续时间，是符号个数，T(T≤τ/D)是信号的符号长度。对MPSK而言，c(d)可能的取值如下：对于BPSK，c(d)可能的取值为0或1；对于QPSK，c(d)可能的取值为0、1、2或3。信号的相位函数可以用下式来定义。其中fc为信号载频，为信号的初相，取值为[0,2π]内随机选取。Π(t)函数的定义如下：为了便于分析，将公式一改写为下式：其中A、T和fc的定义同上。是信号由于相位跳变而被分隔的段数。函数ξk(t)的定义如下：ξk(t)＝u(t-tk)-u(t-tk+1)，0≤t1＜…＜tK+1＜τ其中u(t)是阶跃函数。通过上面对相位编码信号形式的分析，可以发现相位编码信号可以由有限个参数A、fc、来表示。由于MPSK信号可参数化的特性，目前已有一些关于MPSK信号的欠奈奎斯特采样方案被提出。国内的电子科大研究团队提出将压缩感知理论和信号的循环谱相结合，实现对信号的欠采样并完成载频的估计。2010年JesseBerent针对分段正弦信号提出一种基于有限新息率的欠采样方法，可以通过少量的频域样本实现信号的载频、幅度、相位和间断点位置的估计。但是目前的欠采样方法所需的采样点数较多，且在噪声环境下估计效果不稳定。迄今为止，针对相位编码信号还没有一个稳定的、样本数少、易于实现的欠采样方案，因此设计一种简单有效的欠采样结构十分重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有采样率过高的问题，而提出一种基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法。一种基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法包括以下步骤：步骤一：相位编码信号x(t)经过功率分配器Y后同时进入三个通道，三个通道分别为通道一、通道二和通道三；步骤二：通道一和通道二以采样率对信号x(t)均匀采样，Ts为采样时间间隔，通道一的采样值为x[n]，通道二的采样值为xe[n]，通道一的采样样本数为N，通道二的采样样本数为Ne，满足N≥1，Ne≥1；采样时通道二比通道一延时Te，对于MPSK信号，延时满足步骤三：根据采样值x[n]和xe[n]，利用旋转子空间不变算法获得载频的估计值和幅度的估计值步骤四：信号x(t)经过通道三时先通过截止频率设置为B/2的低通滤波器后获得信号y(t)，以采样率对y(t)低速采样，采样间隔为Ts′，采样值为y[n′]；步骤五：根据采样值y[n′]，利用零化滤波器结合步骤三中得到的获得间断点的估计值和相位估计值本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的一种多通道并行采样系统，在已知信号调制类型的前提下，可以实现对相位编码信号的欠采样，最低的等效采样率仅为并且可以对信号参数进行准确估计。当信号频率很高时，本专利技术提出的采样方法可以以远小于奈奎斯特采样频率的速率完成采样和参数估计，可以极大的降低采样设备的压力。(1)针对带宽为B的带限信号，本专利技术的采样率是奈奎斯特采样率的倍。(2)针对非带限信号，奈奎斯特采样理论上无法实现无信息丢失的采样，本专利技术的采样率为本专利技术的的实施例可说明，本专利技术的采样率是奈奎斯特采样的百分之0.19。附图说明图1为本专利技术多通道并行采样系统框图；图2为不同信噪比下各方法的载频fc估计效果图；图3为不同信噪比下各方法的间断点位置tk估计效果图；图4不同信噪比下各方法的相位估计效果图。图中Nyquist为奈奎斯特采样方法，EXP为基于指数核的采样方法，Parallel为本专利技术基于多通道并行的采样方法，图的横坐标InputSNR为输入信噪比，纵坐标NMSE为归一化均方误差。具体实施方式具体实施方式一：一种基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法包括以下步骤：针对MPSK信号的参数估计问题，本专利技术提出一种基于多通道并行结构的欠采样方法。本结构共有三个通道；通道一和通道二对信号进行双通道延时采样，利用旋转子空间不变(ESPRIT)算法估计出信号载频。通道三首先对信号进行低通滤波，然后低速采样，获得信号低频处一段连续的傅里叶级数系数；结合通道一和通道二估计出的载频，利用普罗尼(Prony)算法估计出信号的幅度、间断点、相位信息。具体的结构框图如图1所示。步骤一：相位编码信号x(t)经过功率分配器Y后同时进入三个通道，三个通道分别为通道一、通道二和通道三；步骤二：通道一和通道二以采样率对信号x(t)均匀采样，Ts为采样时间间隔，通道一的采样值为x[n]，通道二的采样值为xe[n]，通道一的采样样本数为N，通道二的采样样本数为Ne，满足N≥1，Ne≥1；采样时通道二比通道一延时Te，对于MPSK信号，延时满足步骤三：根据采样值x[n]和xe[n]，利用旋转子空间不变算法获得载频的估计值和幅度的估计值步骤四：信号x(t)经过通道三时先通过截止频率设置为B/2的低通滤波器后获得信号y(t)，以采样率对y(t)低速采样，采样间隔为Ts′，采样值为y[n′]；步骤五：根据采样值y[n′]，利用零化滤波器结合步骤三中得到的获得间断点的估计值和相位估计值具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中相位编码信号x(t)的表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法，其特征在于：所述基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法包括以下步骤：步骤一：相位编码信号x(t)经过功率分配器Y后同时进入三个通道，三个通道分别为通道一、通道二和通道三；步骤二：通道一和通道二以采样率

【技术特征摘要】
1.一种基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法，其特征在于：所述基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法包括以下步骤：步骤一：相位编码信号x(t)经过功率分配器Y后同时进入三个通道，三个通道分别为通道一、通道二和通道三；步骤二：通道一和通道二以采样率对信号x(t)均匀采样，Ts为采样时间间隔，通道一的采样值为x[n]，通道二的采样值为xe[n]，通道一的采样样本数为N，通道二的采样样本数为Ne，满足N≥1，Ne≥1；采样时通道二比通道一延时Te，延时满足步骤三：根据采样值x[n]和xe[n]，利用旋转子空间不变算法获得载频的估计值和幅度的估计值步骤四：信号x(t)经过通道三时先通过截止频率设置为B/2的低通滤波器后获得信号y(t)，以采样率对y(t)采样，采样间隔为T′s，采样值为y[n′]；步骤五：根据采样值y[n′]，利用零化滤波器结合步骤三中得到的获得间断点的估计值和相位估计值2.根据权利要求1所述的一种基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法，其特征在于：所述步骤一中相位编码信号x(t)的表达式为：其中t为时间，A为信号幅度，fc为信号载频，τ为信号持续时间，K为信号由于相位跳变分隔的段数；为每段的相位，为初相，c(k)为输入码元的值，取值为M为相位调制的进制数，q为中间变量，ξk(t)为中间变量，ξk(t)＝u(t-tk)-u(t-tk+1)，0≤t1＜…＜tK+1＜τ，u(t)为阶跃函数，tk是由相位突变造成的间断点位置。3.根据权利要求2所述一种基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法，其特征在于：所述步骤二中x[n]和xe[n]的表达式为：其中n为离散计数值。4.根据权利要求3所述一种基于欠采样的相位编码信号的参数估计方法，其特征在于：所述步骤三中根据采样值x[n]和xe[n]，利用旋转子空间不变算法获得载频的估计值和幅度的估计值的具体过程为：步骤A：对采样值x[n]和...

【专利技术属性】
技术研发人员：付宁，黄国兴，曹杰，邓立宝，乔立岩，
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