基于四階非對稱乘積型核函數(shù)的qfm信號參數(shù)估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達(dá)信號檢測與估計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于四階非對稱乘積型核函數(shù)的QFM信號參數(shù)估計(jì)方法，其步驟為：計(jì)算初始信號能量，設(shè)定循環(huán)初始值以及建立存放后續(xù)各分量參數(shù)估計(jì)值的矩陣；將函數(shù)的時(shí)延函數(shù)與其共軛時(shí)延函數(shù)相乘，再對其相位匹配變換，在頻域峰值處可得到信號分量第二個(gè)參數(shù)的估計(jì)值；對補(bǔ)償?shù)诙€(gè)參數(shù)估計(jì)值后的信號構(gòu)造新的四階非對稱乘積型核函數(shù)再做快速傅里葉變換得到頻率-調(diào)頻率變化率的二維分布圖，從峰值處可得到信號分量的第一個(gè)和第三個(gè)參數(shù)估計(jì)值；步驟4，將通過上述步驟估計(jì)出的信號分量從信號中濾除；步驟5，重置循環(huán)變量和信號，計(jì)算信號總能量與初始信號能量比值。
【專利說明】基于四階非對稱乘積型核函數(shù)的QFM信號參數(shù)估計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)信號檢測與估計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于四階非對稱乘積型核函 數(shù)的QFM信號參數(shù)估計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 調(diào)頻信號是一種瞬時(shí)頻率隨著時(shí)間而變化的信號，因此是典型的非平穩(wěn)信號。根 據(jù)調(diào)頻率與時(shí)間的線性關(guān)系，調(diào)頻信號可以分為線性調(diào)頻和非線性調(diào)頻兩類信號。瞬時(shí)頻 率與時(shí)間具有二次函數(shù)關(guān)系的QFM(Quadratic frequency modulated,二次調(diào)頻）信號是 一種普遍存在于自然界和人工應(yīng)用中的信號，在聲吶、高分辨雷達(dá)、地震信號分析、遙感遙 測、通信等工程和科學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003] 時(shí)頻分析方法能夠同時(shí)描述信號在不同時(shí)間不同頻率的能量強(qiáng)度或密度分布，是 分析非平穩(wěn)信號的一種直接和有效的方法。時(shí)頻分析方法可以分為線性變換和非線性變換 兩類，典型的線性變換有短時(shí)傅立葉變換（Short time Fourier Transform, STFT)、Gabor 變換、小波變換等。線性變換由于受到測不準(zhǔn)原理的限制，不可能同時(shí)得到很高的時(shí)間分辨 率和頻率分辨率。典型的非線性變換方法有=Wigner-Ville分布（WVD)、模糊函數(shù)、Cohen類 時(shí)頻分布等雙線性時(shí)頻分布和多項(xiàng)式Wigner-Ville分布（Polynomial WVD，PWVD)等高階 時(shí)頻分布。雙線性時(shí)頻分布能夠較好地分析線性調(diào)頻（Linear frequency modulated, LFM) 信號，但在分析QFM信號時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的交叉項(xiàng)（包括單分量時(shí)的內(nèi)部交叉項(xiàng)和多分量時(shí) 的外部交叉項(xiàng)），從而影響分析結(jié)果。多項(xiàng)式Wigner-Ville分布通過選取合適的參數(shù)能夠 對單分量的QFM信號具有最佳的時(shí)頻聚集性，但對于多分量的信號會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的外部交叉 項(xiàng)。時(shí)頻分布是非參數(shù)化的分析方法，直接由時(shí)頻分布可以描述信號的瞬時(shí)頻率信息，但 不能完成對信號參數(shù)的直接估計(jì)以及信號的重構(gòu)。對于QFM信號，最大似然估計(jì)（Maximum Likelihood，ML)無疑是具有最優(yōu)檢測和估計(jì)性能的參數(shù)估計(jì)方法，但它在實(shí)際應(yīng)用中需 要進(jìn)行3維的最大值搜索，運(yùn)算量極大。為了避免3維目標(biāo)函數(shù)和相應(yīng)的3維的最大值搜 索，三次相位函數(shù)（Cubic Phase Function，CPF)被提出并運(yùn)用，但對于多分量的QFM信號 卻無法處理；PHMT(Product High-Order Matched-Phase Transform)和 PGCPF(Product Generalized Cubic Phase Function)方法可以應(yīng)用于多分量QFM信號的參數(shù)估計(jì)，但這兩 種方法經(jīng)過高階非線性變換后均只能估計(jì)最高階的參數(shù)，無法同時(shí)估計(jì)其他參數(shù)，需要通 過迭代補(bǔ)償不斷搜索估計(jì)不同階數(shù)的參數(shù)，補(bǔ)償精度影響估計(jì)效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出基于四階非對稱乘積型核函數(shù)的QFM信號參數(shù)估計(jì)方法， 本發(fā)明先估計(jì)信號的調(diào)頻率，再同時(shí)估計(jì)信號的調(diào)頻率變化率和中心頻率，最后估計(jì)信號 的幅度，從而重構(gòu)原信號。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006] 基于四階非對稱乘積型核函數(shù)的QFM信號參數(shù)估計(jì)方法包括以下步驟：
[0007] 步驟1，獲取初始多分量二次調(diào)頻信號x(n)，n表示采樣序列時(shí)刻點(diǎn)，

【權(quán)利要求】
1. 基于四階非對稱乘積型核函數(shù)的QFM信號參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1，獲取初始多分量二次調(diào)頻信號x(n)，n表示采樣序列時(shí)刻點(diǎn)，
N表示總采樣點(diǎn)數(shù)；得出初始多分量二次調(diào)頻信號的總能量Etl ;設(shè)置 循環(huán)次數(shù)變量r，r = 0, 1，2,...，當(dāng)r = O時(shí)，執(zhí)行步驟2 ; 步驟2,構(gòu)造信號x(n)的時(shí)延函數(shù)x(n+m)，m表示信號x(n)時(shí)延的時(shí)刻點(diǎn)數(shù)，得出函 數(shù)7〇1，1]1)，7(11，111)=1(11+1]1)1(-11-111);將信號1(11)中具有最大幅度值的分量記為信號1(11) 的第j個(gè)分量，根據(jù)函數(shù)y (n，m)，得出信號X (n)中具有最大幅度值的分量的調(diào)頻率估計(jì)值 a ； 步驟3,利用信號x(n)中具有最大幅度值的分量的調(diào)頻率估計(jì)值，對信號x(n)進(jìn) 行補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后信號xdl (n);利用補(bǔ)償后信號xdl (n)，構(gòu)造四階非對稱乘積型核函數(shù) Yi(n, m)：
對四階非對稱乘積型核函數(shù)Y1 (n，m)進(jìn)行相位匹配變換，得到峰值函數(shù)Y1 (f3, m)，f3表 示對應(yīng)于時(shí)刻n的頻域頻率變量；對峰值函數(shù)Y1 (f3, m)進(jìn)行由m時(shí)域至頻域的快速傅 里葉變換，得到峰值函數(shù)Y2 (f3, f\)，表示對應(yīng)于時(shí)延m的頻域頻率變化率；將峰值函數(shù) Y2(f3，f\)的頻譜圖的最大幅度值在軸上的投影作為信號x(n)中具有最大幅度值的分量 的中心頻率的估計(jì)值，將峰值函數(shù)Y2(f3，f\)的頻譜圖的最大幅度值在f3軸上的投影作 為信號x(n)中具有最大幅度值的分量的調(diào)頻率變化率的估計(jì)值^; 步驟4,得出信號x(n)中第j個(gè)分量的幅度值的估計(jì)值利用信號x(n)中第j個(gè)分 量的幅度值的估計(jì)值、中心頻率的估計(jì)值、調(diào)頻率的估計(jì)值、調(diào)頻率變化率的估計(jì)值，重構(gòu) 出信號X(H)中第j個(gè)分量s>);在信號x(n)中濾除第j個(gè)分量s>)，得出信號x? ; 步驟5,得出信號&(n)的總能量E，計(jì)算出信號&(n)的總能量E和初始多分量二次 調(diào)頻信號的總能量Etl的比值e
;如果e大于或等于設(shè)定的門限值，則令x(n)= \(n)，并令r的值自增1，返回至步驟2;否則，說明二次調(diào)頻信號參數(shù)估計(jì)過程完成。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于四階非對稱乘積型核函數(shù)的QFM信號參數(shù)估計(jì)方法，其特 征在于，在步驟1中，初始多分量二次調(diào)頻信號的總能量Etl為：
其中，|x(n) I表示初始多分量二次調(diào)頻信號的模值。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于四階非對稱乘積型核函數(shù)的QFM信號參數(shù)估計(jì)方法，其特 征在于，在步驟2中，根據(jù)以下公式得出信號x(n)中具有最大幅度值的分量的調(diào)頻率估計(jì) 值矢.2 :
其中，f2表示時(shí)延m對應(yīng)的頻域頻率變量，|PY(f2) I表示PY(f2)的模值，
4. 如權(quán)利要求1所述的基于四階非對稱乘積型核函數(shù)的QFM信號參數(shù)估計(jì)方法，其特 征在于，在步驟3中，補(bǔ)償后信號Xf11 (n)為：
5. 如權(quán)利要求1所述的基于四階非對稱乘積型核函數(shù)的QFM信號參數(shù)估計(jì)方法，其特 征在于，在步驟3中，峰值函數(shù)Y1 (f3, m)為：
值。
6. 如權(quán)利要求1所述的基于四階非對稱乘積型核函數(shù)的QFM信號參數(shù)估計(jì)方法，其特 征在于，所述步驟4的具體子步驟為： (4. 1)得出信號x(n)中第j個(gè)分量的幅度值的估計(jì)值七--
(4. 2)利用信號x (n)中第j個(gè)分量的幅度值的估計(jì)值、中心頻率的估計(jì)值、調(diào)頻率的估 計(jì)值、調(diào)頻率變化率的估計(jì)值，重構(gòu)出信號X(n)中第j個(gè)分量h(n)，則有：
其中，F(xiàn)FT[ ?]表示進(jìn)行傅里葉變換，IFFT{ ? }表示逆傅里葉變換，為設(shè)定的頻率 值，Lk為設(shè)定的頻率值。
【文檔編號】G01S7/35GK104360322SQ201410655239
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】李亞超, 于勝滔, 李玥, 全英匯, 邢孟道, 鄧歡 申請人:西安電子科技大學(xué)