一种基于谱特征提取的调频信号频率范围与带宽估计方法技术

本发明专利技术提供一种基于谱特征提取的调频信号频率范围与带宽估计方法，首先对调频信号的幅度谱进行平滑处理，在此基础上对平滑幅度谱进行归一化与差值序列计算，然后计算平滑谱的变化率并提取调频信号上升沿和下降沿连续特性，最后计算联合权重用于估计调频信号频率范围及带宽。该方法通过调频信号幅度谱变化联合权重，充分利用了调频信号频谱的瞬变特征和连续性特点，可以用较小的运算量实现调频信号的频率范围和带宽的精确估计，工程实用性较强，适用于调频信号的实时处理。适用于调频信号的实时处理。适用于调频信号的实时处理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于谱特征提取的调频信号频率范围与带宽估计方法


[0001]本专利技术属于信号处理
，尤其涉及一种基于谱特征提取的调频信号频率范围与带宽估计方法。

技术介绍

[0002]信号带宽估计是信号参数估计中的经典问题，作为一种重要的信号分析手段，有着广泛的应用背景和重要的应用价值。在电子侦察领域，精准有效的带宽估计可为自适应时频分析的窗长设定提供依据，从而为电子侦察中调频信号的时频处理提供极大的帮助。同时，在缺乏信道传输特性、噪声分布等相关先验信息的情况下实现信号带宽的准确估计也是非合作信号的截获检测中信号预处理滤波器设计的重要基础。
[0003]现有的信号带宽估计方法大多基于信号的功率谱,常见方法包括(1)功率谱3d B带宽估计法，该方法直接根据带宽的定义进行估计，原理简单，计算方便，但估计时方差较大，故带宽估计精度较差；(2)均方根法，该方法以信号中心频率为中心，利用信号归一化功率谱对不同频率分量偏离中心频率的距离进行加权求和，但其定义的带宽涉及积分运算，实现较为繁琐；(3)能量集中法，该方法将信号功率谱建模为髙斯型或立方型概率密度函数(PDF)，根据PDF在给定的能量门限内随机变量的取值范围估计出对应的信号带宽，对于功率谱服从特定分布的信号，其带宽估计较为准确，但当信噪比较低时，基于能量门限的检测方法性能较差；(4)基于功率谱小波变换和功率谱曲线拟合的方法，该类方法可精确提取调频信号的脉内瞬变特征，具有较好的估计效果,但是计算复杂，不易实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种基于谱特征提取的调频信号频率范围与带宽估计方法,以解决调频信号带宽估计的稳健性和精度差的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0006]一种基于谱特征提取的调频信号频率范围与带宽估计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、由待处理的调频信号采样数据序列x(n)，n＝0,1...,N/2
‑
1，提取调频信号归一化平滑幅度谱Y(l),l＝0,1...,N/2
‑
1，N为对数据序列x(n)进行离散傅里叶变换的点数；
[0008]步骤2、对所述调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)进行分布统计，得到调频信号平滑幅度谱单调变化的搜索窗长W
lh
；
[0009]步骤3、计算调频信号平滑幅度谱变化率
[0010]步骤4、提取调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)的归一化连续上升特征M1(l)与归一化连续下降特征N1(l)；
[0011]步骤5、计算调频信号平滑幅度谱变化率与归一化连续上升特征M1(l)的归一化联合上升权重M(l)；
[0012]步骤6、计算调频信号平滑幅度谱变化率与归一化连续下降特征N1(l)的归一
化联合下降权重N(l)；
[0013]步骤7、依据所述联合上升权重M(l)和联合下降权重N(l)估计出调频信号频率范围[f
l
,f
h
]和带宽B
w
。
[0014]进一步的，步骤1中，采用如下方法获取调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)：依次对待处理的数据序列x(n)做离散傅里叶变换，幅度谱计算，幅度谱平滑处理，归一化处理；具体包括以下步骤：
[0015]步骤1.1、对数据序列x(n)，n＝0,1...,N/2
‑
1做离散傅里叶变换，得到调频信号离散傅里叶变换结果X(l)为：
[0016][0017]其中，N为对数据序列x(n)进行离散傅里叶变换的点数，取值为N＝2
2a
，a为整数，其中a≥3，l为离散频率索引，j为虚数单位，即
[0018]步骤1.2、计算调频信号离散傅里叶变换结果X(l)的模值，得到调频信号幅度谱X
a
(l)：
[0019]X
a
(l)＝|X(l)|,l＝0,1...,N/2
‑1[0020]其中，||表示取模运算；
[0021]步骤1.3、对调频信号幅度谱各平滑参数进行初始化，具体包括以下参数的初始化：
[0022]调频信号幅度谱最大平滑迭代次数I初始化为：I＞1的整数；
[0023]平滑处理窗长L初始化为：3≤L≤N/4
‑
3的奇数；
[0024]调频信号幅度谱平滑程度判决门限ξ初始化为：0＜ξ＜1的实数；
[0025]调频信号幅度谱平滑迭代次数m初始化为:m＝0；
[0026]第0次平滑处理的调频信号平滑幅度谱S0(l)初始化为：
[0027]S0(l)＝X
a
(l)，l＝1,2,
…
N/2
‑
1；
[0028]第0次平滑处理的调频信号幅度谱平滑误差P(0)初始化为：P(0)＝0；
[0029]步骤1.4、令m＝m+1，对调频信号幅度谱X
a
(l)进行平滑处理，得到第m次平滑处理后的调频信号平滑幅度谱S
m
(l)为：
[0030][0031]其中，k
s
为第l个频率点对应的平滑窗口内的离散频率索引，L为平滑处理的窗长；步骤1.5、更新第m次平滑处理后的调频信号幅度谱平滑误差P(m)：
[0032][0033]步骤1.6、判断是否满足以下条件：
[0034][0035]若条件成立则转入步骤1.7，否则返回步骤1.4；
[0036]步骤1.7、对调频信号平滑幅度谱S
m
(l)进行归一化处理得到调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)：
[0037][0038]其中，max[S
m
(l)]为S
m
(l)的频率索引l满足范围内的最大值。
[0039]进一步的，步骤2中，采用如下方法获取调频信号幅度谱单调变化的搜索窗长W
lh
，具体包括以下步骤：
[0040]步骤2.1、对所述调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)的分布情况进行分布统计，具体方法为：将区间[0,1]等分为10个子区间，记为：0≤W1＜0.1，0.1≤W2＜0.2，
…
，0.8≤W9＜0.9，0.9≤W
10
≤1，分别统计调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)的值落在各子区间W1,W2,...,W9,W
10
内的频点数w1,w2,...,w9,w
10
；
[0041]步骤2.2、搜索调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)落在最大值区间W
10
对应的离散频率索引l1,l2...,l
w10
，计算落入所述区间W
10
内的w
10
个频率索引的均值l
av
：
[0042][0043]其中，int()代表四舍五入取整运算；
[0044]步骤2.3、依据Y(l)落在最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于谱特征提取的调频信号频率范围与带宽估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、由待处理的调频信号采样数据序列x(n)，n＝0,1...,N/2
‑
1，提取调频信号归一化平滑幅度谱Y(l),l＝0,1...,N/2
‑
1，N为对数据序列x(n)进行离散傅里叶变换的点数；步骤2、对所述调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)进行分布统计，得到调频信号平滑幅度谱单调变化的搜索窗长W
lh
；步骤3、计算调频信号平滑幅度谱变化率步骤4、提取调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)的归一化连续上升特征M1(l)与归一化连续下降特征N1(l)；步骤5、计算调频信号平滑幅度谱变化率与归一化连续上升特征M1(l)的归一化联合上升权重M(l)；步骤6、计算调频信号平滑幅度谱变化率与归一化连续下降特征N1(l)的归一化联合下降权重N(l)；步骤7、依据所述归一化联合上升权重M(l)和归一化联合下降权重N(l)估计出调频信号频率范围[f
l
,f
h
]和带宽B
w
。2.根据权利要求1所述的基于谱特征提取的调频信号频率范围与带宽估计方法，其特征在于，步骤1中，采用如下方法获取调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)：依次对待处理的数据序列x(n)做离散傅里叶变换，幅度谱计算，幅度谱平滑处理，归一化处理；具体包括以下步骤：步骤1.1、对数据序列x(n)，n＝0,1...,N/2
‑
1做离散傅里叶变换，得到调频信号离散傅里叶变换结果X(l)为：其中，N为对数据序列x(n)进行离散傅里叶变换的点数，取值为N＝2
2a
，a为整数，其中a≥3，l为离散频率索引，j为虚数单位，即步骤1.2、计算调频信号离散傅里叶变换结果X(l)的模值，得到调频信号幅度谱X
a
(l)：X
a
(l)＝|X(l)|,l＝0,1...,N/2
‑
1其中，||表示取模运算；步骤1.3、对调频信号幅度谱各平滑参数进行初始化，具体包括以下参数的初始化：调频信号幅度谱最大平滑迭代次数I初始化为：I＞1的整数；平滑处理窗长L初始化为：3≤L≤N/4
‑
3的奇数；调频信号幅度谱平滑程度判决门限ξ初始化为：0＜ξ＜1的实数；调频信号幅度谱平滑迭代次数m初始化为:m＝0；第0次平滑处理的调频信号平滑幅度谱S0(l)初始化为：S0(l)＝X
a
(l)，l＝1,2,
…
N/2
‑
1；第0次平滑处理的调频信号幅度谱平滑误差P(0)初始化为：P(0)＝0；步骤1.4、令m＝m+1，对调频信号幅度谱X
a
(l)进行平滑处理，得到第m次平滑处理后的调频信号平滑幅度谱S
m
(l)为：
其中，k
s
为第l个频率点对应的平滑窗口内的离散频率索引，L为平滑处理的窗长；步骤1.5、更新第m次平滑处理后的调频信号幅度谱平滑误差P(m)：步骤1.6、判断是否满足以下条件：若条件成立则转入步骤1.7，否则返回步骤1.4；步骤1.7、对调频信号平滑幅度谱S
m
(l)进行归一化处理得到调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)：其中，max[S
m
(l)]为S
m
(l)的频率索引l满足范围内的最大值。3.根据权利要求1所述的基于谱特征提取的调频信号频率范围与带宽估计方法，其特征在于，步骤2中，采用如下方法获取调频信号幅度谱单调变化的搜索窗长W
lh
，具体包括以下步骤：步骤2.1、对所述调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)的分布情况进行分布统计，具体方法为：将区间[0,1]等分为10个子区间，记为：0≤W1＜0.1，0.1≤W2＜0.2，
…
，0.8≤W9＜0.9，0.9≤W
10
≤1，分别统计调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)的值落在各子区间W1,W2,...,W9,W
10
内的频点数w1,w2,...,w9,w
10
；步骤2.2、搜索调频信号归一化平滑幅度谱Y(l)落在最大值区间W
10
对应的离散频率索引计算落入所述区间W
10
内的w
10
个频率索引的均值l
av
：其中，int()代表四舍五入取整运算；步骤2.3、依据Y(l)落在最大值区间W
10
内的频点数w
10
和所述频率索引均值l
av
估计调频
信号频带范围内包含的频点数W
cl
：W
cl
＝max[w
10
,int(l
av
*0.1)]W
cl
＝max[W
cl
,3]其中max[]代表取两者中较大的一个；步骤2.4、根据所述频点数W
cl
，得到调频信号平滑幅度谱单调变化的搜索窗长W
lh
：4.根据权利要求1所述的基于谱特征提取的调频...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚帅，刘琦玮，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：