基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法，属于雷达技术领域，其主要思路为：获取雷达脉冲信号，根据所述雷达脉冲信号得到数字信号，并根据数字信号确定参考信号，然后基于调频斜率精搜索得到最终的调频斜率估计值；根据参考信号和最终的调频斜率估计值，得到参考信号的时间间隔，并将所述参考信号的时间间隔作为雷达脉冲信号的脉冲重复时间估计值；根据所述数字信号和所述雷达脉冲信号的脉冲重复时间估计值，得到高信噪比的积累信号；根据高信噪比的积累信号，得到雷达脉冲信号的脉宽估计值、雷达脉冲信号的带宽估计值和雷达脉冲信号的载频，记为基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取结果。

Parameter extraction method for low SNR signal based on FM slope precision search

The invention discloses a method for extracting low signal-to-noise ratio signal parameters based on fine frequency modulation slope search, which belongs to the field of radar technology. The main idea is to obtain radar pulse signal, obtain digital signal according to the radar pulse signal, determine reference signal according to the digital signal, and then search precisely based on the frequency modulation slope. The time interval of the reference signal is obtained according to the reference signal and the final FM slope estimation value, and the time interval of the reference signal is used as the pulse repetition time estimation value of the radar pulse signal; the pulse repetition time estimation is based on the digital signal and the radar pulse signal. According to the accumulated signal with high signal-to-noise ratio, the pulse width estimation, the bandwidth estimation and the carrier frequency of the radar pulse signal are obtained, which are recorded as the results of the low signal-to-noise ratio signal parameter extraction based on the fine search of frequency modulation slope.

【技术实现步骤摘要】
基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及一种基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法，适用于线性调频脉冲雷达在低信噪比情况下的参数提取。
技术介绍
脉冲雷达的信号侦收一般为天线接收对方雷达直达波，很多情况下为对方雷达副瓣的直达波，然后经过放大以及模数转换AD采集，对模数转换AD信号进行划设门限进行脉冲信号检测，然后对检测到的脉冲信号进行频率搜索等进一步信号提取工作，这时一般要求信号的信噪比较高，脉冲信号能明显与底部噪声区别。但是在多种情况下，对方雷达天线的副瓣电平较低，且距离侦收基站较远，己方基站天线接收到的脉冲雷达信号的信噪比较低，脉冲信号可能比噪声信号略高或者脉冲信号直接淹没在噪声中，在这些情况下由于划设门限可能已经无法正常将脉冲区域分离出来，因此给接收信号中脉冲信号参数的提取带来很大的困难。然而根据雷达信号的相参性，当多个脉冲相参积累时，有用信号可以由于相参累加得到信号增强，而噪声由于其随机性，噪声的幅度不会被增加，由此可以由相参积累得到信噪比的提升；但是由于此时脉冲信号的信噪比较差，可能需要人为区分脉冲信号，这对于脉冲信号的准确提取就非常困难，因此根据提取的脉冲信号进行积累也存在出现错误的可能。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法，该种基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法能够有效进行在低信噪比情况下线性调频脉冲雷达信号的参数提取工作。本专利技术的技术思路为：首先对接收到的信号进行调频斜率的精确搜索，确定线性调频信号的调频斜率，搜索方法使用迭代法进行，多次迭代可以提高估计精度。然后用精确搜索得到的调频斜率估计值对接收信号进行去线调频处理，去线性调频可将信号中不同的线性调频脉冲信号调制成为频率不同的但与时间相关的点频脉冲信号，对此调制后的信号进行傅里叶变换后提取其峰值点求差值可得到与时间相关的频率差，根据此频率差可得到不同脉冲之间的时间间隔，由此得到脉冲信号的重复时间，而后根据此脉冲重复时间对信号进行分组，然后进行相参积累提高信号的信噪比，对积累后信号进行划设门限提取脉冲信号，最后，对提取出的高信噪比脉内信号可以进行信号参数提取。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：一种基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法，包括以下步骤：步骤1，获取雷达脉冲信号，根据所述雷达脉冲信号得到数字信号，并根据数字信号确定参考信号，然后基于调频斜率精搜索得到最终的调频斜率估计值；步骤2，根据参考信号和最终的调频斜率估计值，得到参考信号的时间间隔，并将所述参考信号的时间间隔作为雷达脉冲信号的脉冲重复时间估计值；步骤3，根据所述数字信号和所述雷达脉冲信号的脉冲重复时间估计值，得到高信噪比的积累信号；步骤4，根据高信噪比的积累信号，得到雷达脉冲信号的脉宽估计值、雷达脉冲信号的带宽估计值和雷达脉冲信号的载频，记为基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取结果。本专利技术与现有技术相比所具有的优点：(1)本专利技术采用调频斜率精搜索与去线性调频的方法可以有效进行低信噪比情况下线性调频脉冲的检测。(2)本专利技术采用的相参积累可有效提高信号的信噪比，对高信噪比的信号进行参数提取可达到更高的精确度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的不同调频斜率误差下信号去线性调频后的信号的频谱图；图3是本专利技术实施例提供对参考信号进行去线性调频的示意图；其中，PRT为脉冲重复周期；图4(a)是本专利技术实施例提供的根据精确搜索后得到的调频斜率进行去线性调频后的信号频谱示意图；图4(b)是本专利技术实施例提供的根据精确搜索后得到的调频斜率进行去线性调频后的信号频谱进行恒虚警检测CFAR的结果示意图；图5(a)是本专利技术实施例提供的仿真二中，原始-10dB信号相参积累结果示意图；图5(b)是本专利技术实施例提供的仿真二中，20个脉冲相参积累结果示意图；图5(c)是本专利技术实施例提供的仿真二中，50个脉冲相参积累结果示意图；图6(a)是本专利技术实施例提供的仿真三中，本专利技术方法在不同SNR环境下、不同调频率提取误差曲线图；图6(b)是本专利技术实施例提供的仿真三中，本专利技术方法在不同SNR环境下、不同脉冲宽度提取误差曲线图；图6(c)是本专利技术实施例提供的仿真三中，本专利技术方法在不同SNR环境下、不同脉冲重复频率提取误差曲线图；图6(d)是本专利技术实施例提供的仿真三中，本专利技术方法在不同SNR环境下、不同信号带宽提取误差曲线图；。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参照图1，为本专利技术实施例提供的一种基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法流程图；其中所述基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法，包括以下步骤：步骤1，使用接收天线接收对方雷达脉冲信号，并将接收到的雷达脉冲信号做下变频处理，雷达脉冲信号经过下变频处理后使用运算放大电路对下变频处理后的雷达脉冲信号进行放大处理，得到放大处理后的雷达脉冲信号，对放大处理后的雷达脉冲信号使用信号采集板上的模数转换ADC进行采集，得到数字信号；雷达脉冲信号为低信噪比信号。下变频后的雷达脉冲信号带宽需要在ADC采样带宽范围内，例如模数转换ADC的采样率fs为4Gsps，模数转换ADC的采样带宽为2GHz，雷达脉冲信号的载频fc为8.5GHz，雷达脉冲信号带宽为200MHz(雷达脉冲信号频率为8.5GHz—8.7GHz)，可以使用8GHz的信号对雷达脉冲信号进行下变频使雷达脉冲信号成为500MHz—700MHz的信号，在模数转换ADC的采样带宽范围内。设定数字信号包括P(P>2)个脉冲，提取其中任意一段信号，设定该段信号包括Q个脉冲，Q＝2，将Q个脉冲作为参考信号进行调频斜率精搜索。设定数字信号的调频斜率粗估计为K0，K0由接收的雷达脉冲信号的频率调制特性决定，此处根据雷达脉冲信号取20MHz/μs；调频斜率精搜索的过程使用迭代的方式进行，第1次迭代设置M个调频斜率搜索值初始值K1，M通常取经验值128，M越大搜索的范围越广；M个调频斜率搜索值初始值K1的调频斜率间隔为K0/L(L取经验值10)，M个调频斜率搜索值初始值K1的范围为至令n表示第n次迭代，每次迭代根据设置的调频斜率搜索值，使用M个调频斜率搜索值初始值K1分别对参考信号进行去线性调频，得到M个去线性调频信号，并找出M个去线性调频信号的频谱峰值，找出M个去线性调频信号的频谱峰值中最大值对应的调频斜率，并将所述最大值对应的调频斜率作为第n次迭代后的调频斜率估计值Kn'，n的初始值为1。第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取雷达脉冲信号，根据所述雷达脉冲信号得到数字信号，并根据数字信号确定参考信号，然后基于调频斜率精搜索得到最终的调频斜率估计值；步骤2，根据参考信号和最终的调频斜率估计值，得到参考信号的时间间隔，并将所述参考信号的时间间隔作为雷达脉冲信号的脉冲重复时间估计值；步骤3，根据所述数字信号和所述雷达脉冲信号的脉冲重复时间估计值，得到高信噪比的积累信号；步骤4，根据高信噪比的积累信号，得到雷达脉冲信号的脉宽估计值、雷达脉冲信号的带宽估计值和雷达脉冲信号的载频，记为基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取雷达脉冲信号，根据所述雷达脉冲信号得到数字信号，并根据数字信号确定参考信号，然后基于调频斜率精搜索得到最终的调频斜率估计值；步骤2，根据参考信号和最终的调频斜率估计值，得到参考信号的时间间隔，并将所述参考信号的时间间隔作为雷达脉冲信号的脉冲重复时间估计值；步骤3，根据所述数字信号和所述雷达脉冲信号的脉冲重复时间估计值，得到高信噪比的积累信号；步骤4，根据高信噪比的积累信号，得到雷达脉冲信号的脉宽估计值、雷达脉冲信号的带宽估计值和雷达脉冲信号的载频，记为基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取结果。2.如权利要求1所述的一种基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法，其特征在于，在步骤1中，所述数字信号是对雷达脉冲信号进行下变频处理、放大处理和模数转换处理后得到的信号；所述雷达脉冲信号为低信噪比信号；设定数字信号包括P个脉冲，P>2；提取数字信号中任意一段信号，设定该段信号包括2个脉冲，将2个脉冲作为参考信号；所述最终的调频斜率估计值为Kest，其得到过程为：1.1设定数字信号的调频斜率粗估计为K0，设置M个调频斜率搜索值初始值K1，M个调频斜率搜索值初始值K1的调频斜率间隔为K0/L，M个调频斜率搜索值初始值K1的范围为至其中，K0、M、L分别为设定正整数；令n表示第n次迭代，n的初始值为1；1.2使用第n次迭代后M个调频斜率搜索值Kn分别对参考信号进行去线性调频，进而得到第n次迭代后M个去线性调频信号，找出第n次迭代后M个去线性调频信号的频谱峰值，并将第n次迭代后M个去线性调频信号的频谱峰值中最大值对应的调频斜率搜索值，作为第n次迭代后的调频斜率估计值Kn'；1.3如果第n次迭代后M个调频斜率搜索值的调频斜率间隔为设定精度，则将第n次迭代后的调频斜率估计值Kn'作为最终的调频斜率估计值Kest；否则，令n的值加1，并分别令第n次迭代后M个调频斜率搜索值的调频斜率间隔为令第n次迭代后M个调频斜率搜索值的范围为至进而确定第n次迭代后M个调频斜率搜索值，返回1.2。3.如权利要求2所述的一种基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法，其特征在于，在1.2中，所述第n次迭代后M个去线性调频信号，其得到过程为：1.2.1设定第n次迭代后第m个调频斜率搜索值对应的去线性调频信号为：Sm,n＝exp(-j*(πKm,nt2))其中，m＝1,2,…,M，Km,n为第n次迭代后第m个调频斜率搜索值；使用第n次迭代后第m个调频斜率搜索值对应的去线性调频信号对参考信号进行去线性调频后，得到第n次迭代后第m个调频斜率搜索值对应信号Sif(m,n)：Sif(m,n)＝Sref*Sm,n＝exp(j*(2πfct+πKt2)-j*(πKm,nt2))＝exp(j*(2πfct+π(K-Km,n)t2))其中，Sref表示参考信号，Sref＝exp(j*(2πfct+πKt2))，fc为雷达脉冲信号的载频，K为雷达脉冲信号的实际调频斜率，t表示时间变量；1.2.2令m的值分别取1至M，重复执行1.2.1，进而分别得到第n次迭代后第1个调频斜率搜索值对应信号至第n次迭代后第M个调频斜率对应信号，并记为第n次迭代后M个去线性调频信号。4.如权利要求3所述的一种基于调频斜率精搜索的低信噪比信号参数提取方法，其特征在于，在步骤2中，所述雷达脉冲信号的脉冲重复时间估计值，其得到过程为：2.1将参考信号中包含的2个脉冲从时间先后顺序依次设定为第1个线性调频脉冲和第2个线性调频脉冲，对第1个线性调频脉冲和第2个线性调频脉冲分别进行去线性调频，分别得到去线性调频后第1个脉冲信号和去线性调频后第2个脉冲信号，将所述去线性调频后第1个脉冲信号和去线性调频后第2个脉冲信号分别记为第一点频信号和第二点频信号；2.2对第一点频信号和第二点频信号分别进行傅里叶变换，得到第一点频信号频谱和第二点频信号频谱，得到第一点频信号频谱峰值和第二点频信号频谱峰值，记为傅里叶变换结果；2.3对傅里叶变换结果进行恒虚警检测处理，得到两个点频信号的检测结果f1＝fc，f2＝fc-KestT；其中，f1表示第一点频信号的频率，f2表示第二点频信号的频率，Kest表示最终的调频斜率估计值；计算两个点频信号点的频率差fdi，fdi＝KestT；根据两个点频信号的频率差fdi和最终的调频斜率估计值...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，孙希平，张曼，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61