一种基于数值拟合的时频二阶互模糊函数计算方法技术

技术编号:21039039 阅读:39 留言:0更新日期:2019-05-04 08:03
本发明专利技术公开一种基于数值拟合的时频二阶互模糊函数计算方法,包括设置初始粗估计的时延和频率搜索参数;根据时延和频率搜索参数结合二阶互模糊函数获取时延差初估计值和频率差初估计值;在采样范围内进行数据采样,记录采样频率与其对应的二阶互模糊函数值形成数据集;根据数据集,利用径向基函数进行曲线拟合,获得拟合函数;在采样范围内,获取拟合函数取得最大值时对应的频率值;时延差初估计值以及频率值为两路信号的时延差终估计值和频率差终估计值;本发明专利技术利用二阶互模糊函数在频率域的对称性,通过粗估计加细估计的双重估计以及采用数值拟合的方法,降低二阶互模糊函数时频联合估计的复杂度,完成对频率差的细估计。

A method for calculating time-frequency second-order cross-ambiguity function based on numerical fitting

【技术实现步骤摘要】
一种基于数值拟合的时频二阶互模糊函数计算方法
本专利技术涉及信号参数估计
,具体涉及一种基于数值拟合的时频二阶互模糊函数计算方法。
技术介绍
多天线信号合成技术作为无线电接收的一门新兴技术,日益受到许多国家的政府、军队、工业界和学术界的高度重视。为了解决对极弱信号的接收,现有技术中提出通过随机布设多天线信号合成技术,对多个天线的接收信号进行有效合成,等效更大口径天线的接收结果,以此完成对来自遥远太空的微弱探测信号的有效接收;利用多天线合成技术对现有天线所接收的信号进行有效合成,可以迅速增强信号接收能力,提高信号信噪比,完成信号的有效接收。但同一信源信号在空间中传播时,由于多普勒效应和多径效应等,易使不同接收信号间存在较大的时延差和频率差等,因此在信号合成前对各天线所接收信号间差异进行估计则显得尤为重要。常用的互模糊函数通常是信号间时延差与频率差联合估计问题的主要处理方法,基本方法可描述为对一路信号进行频移后,与另一路信号进行相关运算,根据相关性判断估计值。在一定的信噪比和信号带宽的条件下,常用的提高搜索精度的方法是增加积分时间,但是计算量也随着积分时间的增加的增长迅速。而且对于宽带信号,很难通过二阶互模糊搜索得到较高的精度。现有的解决方法是利用粗估计+细搜索的思想,实现频率的高精度估计。沈智翔在“多天线信号合成关键技术研究与实现”提出的在频率域进行粗估计加细搜索的方法是在高信噪比下将加性噪声等效为相位噪声,从而可以将粗估计后的残余频率差估计近似转化为单音正弦信号的估计问题,之后便可采用针对于单音正弦信号的频率估计算法。但是在信号联合估计应用中信噪比通常较低,其假设条件太强。王志平在“一种模糊函数时频差联合估计快速算法”提出了基于GPU并行计算架构的变时频分辨率峰值搜索方法。首先基于一定的先验知识确定初始的时延差和频率差搜索范围,之后的每一次搜索都以更小的搜索精度在更小的搜索范围进行搜索,最终收敛到满足精度要求的时延差和频率差。但是当先验知识获取不充分时,可能会导致迭代不收敛或者搜索复杂度依旧很大的问题。而且,先验信息需要长时间观测和复杂的前级处理,可能会带来较大的开销。鉴于上述缺陷,本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。
技术实现思路
为解决上述技术缺陷,本专利技术采用的技术方案在于,提供一种基于数值拟合的时频二阶互模糊函数计算方法,包括步骤:S1,设置初始粗估计的时延和频率搜索参数,根据两路信号获取二阶互模糊函数;S2,根据所述时延和所述频率搜索参数结合所述二阶互模糊函数获取时延差初估计值和频率差初估计值;S3,以所述步骤S2中所述时延差初估计值对所述两路信号做时延补偿;S4,根据所述频率差初估计值和所述频率搜索参数获取采样范围,在所述采样范围内进行数据采样,记录采样频率与其对应的二阶互模糊函数值形成数据集;S5,根据所述数据集,利用径向基函数进行曲线拟合,获得拟合函数;S6,在所述采样范围内,获取所述拟合函数取得最大值时对应的频率值;S7,所述步骤S2中的所述时延差初估计值以及所述步骤S6中的所述频率值为两路信号的时延差终估计值和频率差终估计值。较佳的,所述步骤S1中所述频率搜索参数包括所述频率搜索步长fw_step;对于所述初始时延搜索步长Ts和所述频率搜索步长fw_step依据所述二阶互模糊函数的理论误差下限设置。较佳的,所述两路信号x1(t)和x2(t),在第k个采样时刻的相关表达式为:其中,Ts为采样间隔;k表示第k个采样时刻;τ为两路信号的时延差;α1为信号x1(t)的信号幅度;α2为信号x2(t)的信号幅度;s(t)为基带平稳信号;j为虚数单位;f1为信号x1(t)的信号载波频率;f2为信号x2(t)的信号载波频率;θ1为信号x1(t)的相位;θ2为信号x1(t)的相位;n1(t)为信号x1(t)的高斯白噪声;为n1(t)的功率;n2(t)为信号n2(t)的高斯白噪声;为n2(t)的功率;n1(t)与信号x1(t)不相关,n2(t)与信号x2(t)不相关,且n1(t)与n2(t)不相关。较佳的,所述两路信号x1(t)和x2(t)之间的二阶互模糊函数的表达式为:其中,f为所述两路信号之间的频率差;τ为所述两路信号之间的时延差;T为积分时间总长;(·)*代表复数共轭运算。较佳的,所述二阶互模糊函数的理论误差下限包括时延差理论误差下限στ和频率差理论误差下限σf,所述时延差理论误差下限στ和所述频率差理论误差下限σf计算公式分别为:其中,Bs为信号带宽,Bn为两路信号的等效噪声带宽,T为积分时间总长,γ为信噪比参数;两路信号的信噪比分别为γ1和γ2,则所述信噪比参数γ的公式为:较佳的,所述步骤S2为,根据所述步骤S1中设置的时延和频率搜索参数,对所述二阶互模糊函数进行仿真,获取所述二阶互模糊函数取得最大值时对应的时延差和频率差,表示所述初估计结果,其中频率差初估计值为所述二阶互模糊函数取得最大值时对应的频率差;时延差初估计值为所述二阶互模糊函数取得最大值时对应的时延差。较佳的,所述步骤S4中,根据二阶互模糊函数在频率域的对称性,所述采样范围设置为以所述步骤S2中所述频率差初估计值作为中心频率,在所述频率差初估计值左右各频率搜索步长一半的区域,所述采样范围为较佳的,所述时延差终估计值和所述频率差终估计值对应的终搜索结果的表达式为:其中,D为是时延差在搜索范围内的取值;fD为频率差在搜索范围内的取值,Δf为频率偏差值;τ为两路信号的时延差。与现有技术比较本专利技术的有益效果在于:本专利技术充分利用二阶互模糊函数在频率域的对称性,对实际先验信息依赖性较弱的性能,通过粗估计加细估计的双重估计以及采用数值拟合的方法,减少采样点数以及相关运算,降低二阶互模糊函数时频联合估计的复杂度,完成对频率差的细估计。附图说明图1是本专利技术所述基于数值拟合的时频二阶互模糊函数计算方法的流程图;图2是本专利技术中采用的RBF数值拟合方法拟合效果的验证示意图;图3是本专利技术中二阶互模糊函数在频率域对称性的验证示意图。具体实施方式以下结合附图,对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。实施例一如图1所示,图1是本专利技术所述基于数值拟合的时频二阶互模糊函数计算方法的流程图;本专利技术所述基于数值拟合的时频二阶互模糊函数计算方法,具体包括如下步骤:S1,设置初始粗估计的初始时延和频率搜索参数;设置的所述初始时延和所述频率搜索参数满足二阶互模糊函数的理论误差下限;其中,所述频率搜索参数包括频率搜索步长fw_step;对于初始时延搜索步长Ts和所述频率搜索步长fw_step的设置,结合具体背景,依据二阶互模糊函数的理论误差下限设置。具体的,对于两路信号x1(t)和x2(t),相关的表达式为:其中,Ts为采样间隔;k表示第k个采样时刻,τ为两路信号的时延差,α1为信号x1(t)的信号幅度;α2为信号x2(t)的信号幅度,s(t)为基带平稳信号,j为虚数单位,f1为信号x1(t)的信号载波频率;f2为信号x2(t)的信号载波频率,θ1为信号x1(t)的相位,θ2为信号x1(t)的相位,n1(t)为信号x1(t)的高斯白噪声,为n1(t)的功率;n2(t)为信号n2(t)的高斯白噪声,为n2(t)的功率;n1(t)与信号x1(本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种基于数值拟合的时频二阶互模糊函数计算方法,其特征在于,包括步骤:S1,设置初始粗估计的时延和频率搜索参数,根据两路信号获取二阶互模糊函数;S2,根据所述时延和所述频率搜索参数结合所述二阶互模糊函数获取时延差初估计值和频率差初估计值;S3,以所述步骤S2中所述时延差初估计值对所述两路信号做时延补偿;S4,根据所述频率差初估计值和所述频率搜索参数获取采样范围,在所述采样范围内进行数据采样,记录采样频率与其对应的二阶互模糊函数值形成数据集;S5,根据所述数据集,利用径向基函数进行曲线拟合,获得拟合函数;S6,在所述采样范围内,获取所述拟合函数取得最大值时对应的频率值;S7,所述步骤S2中的所述时延差初估计值以及所述步骤S6中的所述频率值为两路信号的时延差终估计值和频率差终估计值。

【技术特征摘要】
1.一种基于数值拟合的时频二阶互模糊函数计算方法,其特征在于,包括步骤:S1,设置初始粗估计的时延和频率搜索参数,根据两路信号获取二阶互模糊函数;S2,根据所述时延和所述频率搜索参数结合所述二阶互模糊函数获取时延差初估计值和频率差初估计值;S3,以所述步骤S2中所述时延差初估计值对所述两路信号做时延补偿;S4,根据所述频率差初估计值和所述频率搜索参数获取采样范围,在所述采样范围内进行数据采样,记录采样频率与其对应的二阶互模糊函数值形成数据集;S5,根据所述数据集,利用径向基函数进行曲线拟合,获得拟合函数;S6,在所述采样范围内,获取所述拟合函数取得最大值时对应的频率值;S7,所述步骤S2中的所述时延差初估计值以及所述步骤S6中的所述频率值为两路信号的时延差终估计值和频率差终估计值。2.如权利要求1所述的基于数值拟合的时频二阶互模糊函数计算方法,其特征在于,所述步骤S1中所述频率搜索参数包括所述频率搜索步长fw_step;对于所述初始时延搜索步长Ts和所述频率搜索步长fw_step依据所述二阶互模糊函数的理论误差下限设置。3.如权利要求2所述的基于数值拟合的时频二阶互模糊函数计算方法,其特征在于,所述两路信号x1(t)和x2(t),在第k个采样时刻的相关表达式为:其中,Ts为采样间隔;k表示第k个采样时刻;τ为两路信号的时延差;α1为信号x1(t)的信号幅度;α2为信号x2(t)的信号幅度;s(t)为基带平稳信号;j为虚数单位;f1为信号x1(t)的信号载波频率;f2为信号x2(t)的信号载波频率;θ1为信号x1(t)的相位;θ2为信号x1(t)的相位;n1(t)为信号x1(t)的高斯白噪声;为n1(t)的功率;n2(t)为信号n2(t)的高斯白噪声;为n2(t)的功率;n1(t)与信号x1(t)不相关,n2(t)与信号x2(...

【专利技术属性】
技术研发人员:周家喜张正宇顾钰张靖张又文王晓涛彭立军
申请(专利权)人:中国电子科技集团公司第三十八研究所
类型:发明
国别省市:安徽,34

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1