二次多项式调频信号参数估计方法技术

本发明专利技术公开了一种二次多项式调频信号参数估计方法，步骤包括：获取二次多项式调频信号并进行第一次差分得到第一信号，求取第一信号的载频后，用第一信号的载频估计二次多项式调频信号的带宽，得到带宽估计值；对第一信号进行第二次差分得到第二信号，求取第二信号的载频后，用第二信号的载频和带宽估计值估计二次多项式调频信号的调频系数，得到调频系数估计值；根据调频系数估计值生成目标信号，求取目标信号和二次多项式调频信号相乘的乘积信号的载频作为起始频率估计值，根据带宽估计值和起始频率估计值计算得到载频估计值。本发明专利技术估计性能高，且工程实现复杂度低。且工程实现复杂度低。且工程实现复杂度低。

【技术实现步骤摘要】
二次多项式调频信号参数估计方法


[0001]本专利技术涉及信号处理领域，尤其涉及一种二次多项式调频信号参数估计方法。

技术介绍

[0002]目前，雷达领域经常使用的信号形式有线性调频信号以及一些非线性调频信号。其中非线性调频信号具有失配损失小的重要优点，其检测及参数估计在雷达通信领域有着广泛的应用背景，是当前雷达通信及声呐信号处理研究的热点问题。
[0003]多项式调频信号(PPS)是一种典型的非线性调频信号，其具有截获了低、距离分辨率高等特点，使得其在雷达、声呐等领域得到了广泛的应用。针对二次多项式调频信号参数估计，学者们提出了很多算法，这些算法主要可分为线性算法和非线性算法。线性算法主要包括最大似然估计、量化类方法、理算调频傅里叶变换以及基于线性正则变换的参数估计算法。虽然线性算法能获得较好的估计性能，并且没有交叉项的影响，但是该类算法复杂度较高。非线性算法相对线性算法来说计算复杂度较低，其得到了广泛应用。根据处理方式的不同，二次多项式调频信号参数估计方法大致为了两类：立方相位函数类和三阶NPD类。非线性算法虽说相比线性类算法复杂度得到了降低，但是随着其估计精度的增加，其算法复杂度也会同步增加。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题就在于：降低二次多项式调频信号参数估计的算法复杂度。
[0005]针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种二次多项式调频信号参数估计方法，估计性能高，且工程实现复杂度低。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0007]一种二次多项式调频信号参数估计方法，包括以下步骤：
[0008]S1)获取二次多项式调频信号并进行第一次差分得到第一信号，求取第一信号的载频后，用第一信号的载频估计二次多项式调频信号的带宽，得到带宽估计值；
[0009]S2)对第一信号进行第二次差分得到第二信号，求取第二信号的载频后，用第二信号的载频和带宽估计值估计二次多项式调频信号的调频系数，得到调频系数估计值；
[0010]S3)根据调频系数估计值生成目标信号，将目标信号和二次多项式调频信号相乘得到乘积信号，求取乘积信号的载频作为起始频率估计值，根据带宽估计值和起始频率估计值计算得到载频估计值。
[0011]进一步的，步骤S1中第一次差分的差分距离为二次多项式调频信号原始长度的一半，步骤S2中第二次差分的差分距离为第一信号长度的一半。
[0012]进一步的，步骤S3中目标信号的表达式为：
[0013][0014]上式中，e表示自然常数，j表示虚数，a
e
和b
e
分别为调频系数a和调频系数b的估计
值。
[0015]进一步的，步骤S1中求取第一信号的载频使用第一算法，包括以下步骤：对信号首尾共轭相乘得到单频信号，对单频信号进行傅里叶变换得到频谱，将频谱最大值所在位置的频率的一半作为信号的载频；
[0016]步骤S2中求取第二信号的载频和步骤S3中求取乘积信号的载频均使用第一算法，包括以下步骤：对信号进行傅里叶变换得到频谱，将频谱最大值所在位置的频率作为信号的载频。
[0017]进一步的，步骤S1中求取第一信号的载频使用第二算法，包括以下步骤：对信号首尾共轭相乘得到单频信号，对单频信号进行差分后再进行反三角函数变换，求得反三角函数变换后信号的瞬时频率曲线，再对瞬时频率曲线求取统计平均后除以2，得到信号的载频；
[0018]步骤S2中求取第二信号的载频和步骤S3中求取乘积信号的载频均使用第二算法，包括以下步骤：对信号进行差分后再进行反三角函数变换，求得反三角函数变换后信号的瞬时频率曲线，再对瞬时频率曲线求取统计平均，得到信号的载频。
[0019]进一步的，步骤S3之后还包括以下步骤：根据第一算法对应的带宽估计值和起始频率估计值计算二次多项式调频信号的信噪比估计值，若信噪比估计值小于预设值，输出第一算法对应的带宽估计值、调频系数估计值、起始频率估计值和载频估计值，若信噪比估计值大于预设值，输出第二算法对应的带宽估计值、调频系数估计值、起始频率估计值和载频估计值。
[0020]进一步的，根据第一算法对应的带宽估计值和起始频率估计值计算二次多项式调频信号的信噪比估计值包括以下步骤：
[0021]求取二次多项式调频信号频谱和幅度谱，并将整个幅度谱累加得到信号与噪声的总功率；
[0022]根据二次多项式调频信号的起始频率估计值和带宽估计值，计算出信号在频谱中的起始位置和长度；
[0023]根据信号在频谱中的起始位置和长度，对频谱的对应幅度进行累加得到信号功率；
[0024]将总功率减去信号功率得到噪声功率，计算信号功率与噪声功率的比值，得到信噪比估计值。
[0025]进一步的，步骤S1中带宽估计值表达式如下：
[0026][0027]上式中，f
c
为第一信号的载频，N为二次多项式调频信号的原始长度，m为第一次差分的差分距离。
[0028]进一步的，步骤S2中调频系数估计值表达式如下：
[0029][0030][0031]上式中，a和b分别为调频系数，f1为第二信号的载频，Ts为采样周期，N为二次多项式调频信号的原始长度，Bw为带宽估计值，t
m
为第一次差分的差分距离时长，t
m1
为第二次差分的差分距离时长。
[0032]进一步的，步骤S3中载频估计值表达式如下：
[0033][0034]上式中，f0为起始频率估计值，Bw为带宽估计值。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0036]本专利技术通过将二次多项式调频信号进行一次差分之后和二次差分之后，计算第一信号和第二信号的单载波信号载频值，并由此分别估计出各信号参数，其算法逻辑简单，易于工程实现；对于信号载频的具体计算分别采用两种方法，最终估计二次多项式调频信号的信噪比并按照所估计的信噪比选择对应方法下的参数估计结果，实现算法动态调整，灵活性高，并且在低信噪比下，参数估计性能不会随信噪比急剧下降，使得应用范围更加广泛。
附图说明
[0037]图1为单频信号傅里叶变换法得到的频谱图。
[0038]图2为本专利技术实施例的方法简要步骤示意图。
[0039]图3为本专利技术实施例中步骤S1的简要步骤示意图。
[0040]图4为本专利技术实施例中步骤S2的简要步骤示意图。
[0041]图5为本专利技术实施例中步骤S3的简要步骤示意图。
[0042]图6为傅里叶变换法及瞬时频率统计法不同长度下对不同信噪比的单频信号估计性能曲线图。
[0043]图7为傅里叶变换法及瞬时频率统计法对二次多项式调频信号参数估计结果的误差曲线图。
[0044]图8为本专利技术实施例中步骤S4的流程示意图。
[0045]图9为利用加窗后傅里叶变换及不加窗傅里叶变换进行信噪比估计的误差曲线图。
[0046]图10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次多项式调频信号参数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)获取二次多项式调频信号并进行第一次差分得到第一信号，求取第一信号的载频后，用第一信号的载频估计二次多项式调频信号的带宽，得到带宽估计值；S2)对第一信号进行第二次差分得到第二信号，求取第二信号的载频后，用第二信号的载频和带宽估计值估计二次多项式调频信号的调频系数，得到调频系数估计值；S3)根据调频系数估计值生成目标信号，将目标信号和二次多项式调频信号相乘得到乘积信号，求取乘积信号的载频作为起始频率估计值，根据带宽估计值和起始频率估计值计算得到载频估计值。2.根据权利要求1所述的二次多项式调频信号参数估计方法，其特征在于，步骤S1中第一次差分的差分距离为二次多项式调频信号原始长度的一半，步骤S2中第二次差分的差分距离为第一信号长度的一半。3.根据权利要求1所述的二次多项式调频信号参数估计方法，其特征在于，步骤S3中目标信号的表达式为：上式中，e表示自然常数，j表示虚数，a
e
和b
e
分别为调频系数a和调频系数b的估计值。4.根据权利要求1所述的二次多项式调频信号参数估计方法，其特征在于，步骤S1中求取第一信号的载频使用第一算法，包括以下步骤：对信号首尾共轭相乘得到单频信号，对单频信号进行傅里叶变换得到频谱，将频谱最大值所在位置的频率的一半作为信号的载频；步骤S2中求取第二信号的载频和步骤S3中求取乘积信号的载频均使用第一算法，包括以下步骤：对信号进行傅里叶变换得到频谱，将频谱最大值所在位置的频率作为信号的载频。5.根据权利要求4所述的二次多项式调频信号参数估计方法，其特征在于，步骤S1中求取第一信号的载频使用第二算法，包括以下步骤：对信号首尾共轭相乘得到单频信号，对单频信号进行差分后再进行反三角函数变换，求得反三角函数变换后信号的瞬时频率曲线，再对瞬时频率曲线求取统计平均后除以2，得到信号的载频；步骤S2中求取第二信号的载频和步骤S3中求取乘积信号的载频均使用第二算法，包括以下步骤：对信号进...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌琪琪，王萌，卢树军，张吉楠，
申请(专利权)人：湖南艾科诺维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：