線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法及裝置,其中,方法包括以下步驟:獲取待分析信號的調(diào)頻率最大值;獲取調(diào)頻率誤差,以得到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的轉(zhuǎn)角及其個數(shù);將信號均分,以統(tǒng)計(jì)信號對應(yīng)的第一過零數(shù)與第二過零數(shù);判斷第一過零數(shù)是否小于第二過零數(shù);如果是,則根據(jù)轉(zhuǎn)角及其個數(shù)得到待分析信號的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段,否則得到后半段;獲取轉(zhuǎn)角及其個數(shù)下變換結(jié)果的方差及對應(yīng)的方差值;獲取最大方差值,并得到對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度;根據(jù)調(diào)頻率最大值、旋轉(zhuǎn)角度得到調(diào)頻率。本發(fā)明實(shí)施例的估算方法不但計(jì)算速度快,而且可以根據(jù)絕對誤差要求調(diào)整計(jì)算速度,提高調(diào)頻率的估計(jì)精度。
【專利說明】
線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及信號處理技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法及 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 線性調(diào)頻信號具有低峰值功率、大時(shí)寬帶寬積的特性,有較好的可壓縮性,從而使 得線性調(diào)頻信號在聲吶和雷達(dá)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中,調(diào)頻率是表征線性調(diào)頻信號頻 率特性的基本參數(shù),其估計(jì)問題是一直是信號處理領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。
[0003] 相關(guān)技術(shù)中,常用的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法有子孔徑相關(guān)法、PGA(Phase Gradient Autofocus,相位梯度自聚焦法)法、最小熵方法和Wigner-Hough變換等等。然而, 子孔徑相關(guān)法要求子孔徑間的相關(guān)性較強(qiáng),才能實(shí)現(xiàn)較高精度的參數(shù)估計(jì),一旦場景內(nèi)分 辨單元反射率低、無明顯特征或強(qiáng)散射點(diǎn),則計(jì)算誤差較大;PGA法雖然精度較高,但計(jì)算量 較大;最小熵值方法可以利用圖像熵和相位誤差的函數(shù)關(guān)系估算調(diào)頻率,但估計(jì)相位誤差 時(shí)所需迭代次數(shù)較多,計(jì)算量較大;Wigner-Hough變換可以利用基于回波信號的二維時(shí)頻 平面進(jìn)行Hough變換來估算調(diào)頻率,該算法的優(yōu)點(diǎn)是在高噪聲條件下仍能得到高精度的結(jié) 果,但是同樣也有計(jì)算量大的缺點(diǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0005] 為此,本發(fā)明的一個目的在于提出一種線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法,該方法 可以調(diào)整計(jì)算速度,并且提高調(diào)頻率的估計(jì)精度。
[0006] 本發(fā)明的另一個目的在于提出一種線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置。
[0007] 為達(dá)到上述目的,本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了一種線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方 法,包括以下步驟:根據(jù)信號采樣頻率與信號采樣時(shí)長獲取待分析信號的調(diào)頻率最大值;獲 取調(diào)頻率誤差,以得到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的轉(zhuǎn)角及其個數(shù);將所述待分析信號均分為第一 分析信號與第二分析信號;統(tǒng)計(jì)所述第一分析信號與第二分析信號對應(yīng)的第一過零數(shù)與第 二過零數(shù);判斷所述第一過零數(shù)是否小于所述第二過零數(shù);如果所述第一過零數(shù)小于所述 第二過零,則根據(jù)所述轉(zhuǎn)角及其個數(shù)得到所述待分析信號的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段, 否則根據(jù)所述轉(zhuǎn)角及其個數(shù)得到所述待分析信號的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的后半段;獲取所述 轉(zhuǎn)角及其個數(shù)下變換結(jié)果的方差及對應(yīng)的方差值;獲取最大方差值,并得到對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角 度;根據(jù)所述調(diào)頻率最大值、所述旋轉(zhuǎn)角度得到調(diào)頻率。
[0008] 本發(fā)明實(shí)施例的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法,可以基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換, 以信號的部分變換系數(shù)的方差追蹤最佳旋轉(zhuǎn)角,來實(shí)現(xiàn)對調(diào)頻率的估算,具有計(jì)算量小的 優(yōu)點(diǎn),且可以根據(jù)調(diào)頻率的精度要求,調(diào)節(jié)計(jì)算量,使計(jì)算速度具備適應(yīng)性,提高了線性調(diào) 頻信號調(diào)頻率的計(jì)算速度。
[0009] 另外,根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法還可以具有以下 附加的技術(shù)特征:
[0010]進(jìn)一步地,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,所述調(diào)頻率最大值的計(jì)算公式為:
[0012] 其中,kmax為所述調(diào)頻率最大值,^為所述信號采樣頻率,At為所述信號采樣時(shí) 長。
[0013] 進(jìn)一步地,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,所述轉(zhuǎn)角及其個數(shù)的計(jì)算公式為:
[0015]
U = 1、2、··.、〃),c為常系數(shù),α和η分別為所述轉(zhuǎn)角及 其個數(shù)。
[0016] 進(jìn)一步地,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,所述獲取所述轉(zhuǎn)角及其個數(shù)下變換結(jié)果的 方差及對應(yīng)的方差值進(jìn)一步包括:計(jì)算η個轉(zhuǎn)角α下變換結(jié)果的方差,得到對應(yīng)方差值D(i) (i = l、2、3、…、η),其中,方差計(jì)算公式為:
[0017] D = E{X(u)_E[X(u)]}2,
[0018] 其中,X(u)為所述分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段或者所述分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的后半 段A = l 2、3、…、
,N為信號的采樣點(diǎn)數(shù)。
[0019] 另外,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,如果所述第一過零數(shù)小于所述第二過零,則所述 調(diào)頻率的計(jì)算公式為:
[0020] Kp = kmax · cot(a〇),
[0021] 如果所述第一過零數(shù)大于所述第二過零,則所述調(diào)頻率的計(jì)算公式為:
[0022] Kp = -kmax · C〇t(a。),
[0023] 其中,心為所述調(diào)頻率,a。為分?jǐn)?shù)階傅里葉變換方差取得最大值對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。
[0024] 為達(dá)到上述目的,本發(fā)明另一方面實(shí)施例提出了一種線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì) 裝置,包括:第一獲取模塊,用于根據(jù)信號采樣頻率與信號采樣時(shí)長獲取待分析信號的調(diào)頻 率最大值,并且獲取調(diào)頻率誤差,以得到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的轉(zhuǎn)角及其個數(shù);處理模塊,用 于將所述待分析信號均分為第一分析信號與第二分析信號;,并且統(tǒng)計(jì)所述第一分析信號 與第二分析信號對應(yīng)的第一過零數(shù)與第二過零數(shù);判斷模塊,用于判斷所述第一過零數(shù)是 否小于所述第二過零數(shù);計(jì)算模塊,當(dāng)所述第一過零數(shù)小于所述第二過零時(shí),用于根據(jù)所述 轉(zhuǎn)角及其個數(shù)得到所述待分析信號的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段,否則根據(jù)所述轉(zhuǎn)角及其 個數(shù)得到所述待分析信號的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的后半段;第二獲取模塊,用于獲取所述轉(zhuǎn) 角及其個數(shù)下變換結(jié)果的方差及對應(yīng)的方差值,并且獲取最大方差值,并得到對應(yīng)的旋轉(zhuǎn) 角度,以根據(jù)所述調(diào)頻率最大值、所述旋轉(zhuǎn)角度得到調(diào)頻率。
[0025] 本發(fā)明實(shí)施例的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置,可以基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換, 以信號的部分變換系數(shù)的方差追蹤最佳旋轉(zhuǎn)角,來實(shí)現(xiàn)對調(diào)頻率的估算,具有計(jì)算量小的 優(yōu)點(diǎn),且可以根據(jù)調(diào)頻率的精度要求,調(diào)節(jié)計(jì)算量,使計(jì)算速度具備適應(yīng)性,提高了線性調(diào) 頻信號調(diào)頻率的計(jì)算速度。
[0026] 另外,根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置還可以具有以下 附加的技術(shù)特征:
[0027] 進(jìn)一步地,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,所述調(diào)頻率最大值的計(jì)算公式為:
[0029]其中,kmax為所述調(diào)頻率最大值,^為所述信號采樣頻率,At為所述信號采樣時(shí) 長。
[0030]進(jìn)一步地,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,所述轉(zhuǎn)角及其個數(shù)的計(jì)算公式為:
[0032]
,以=1、2、…、 /7 ),c為常系數(shù),α和η分別為所述轉(zhuǎn)角及 其個數(shù)。
[0033] 進(jìn)一步地,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,所述第二獲取模塊還用于計(jì)算η個轉(zhuǎn)角α下 變換結(jié)果的方差,得到對應(yīng)方差值D(i)(i = l、2、3、…、η),其中,方差計(jì)算公式為:
[0034] D = E{X(u)_E[X(u)]}2,
[0035] 其中,X(u)為所述分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段或者所述分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的后半 段,M=l、2、3、…
,N為信號的采樣點(diǎn)數(shù)。
[0036] 另外,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,當(dāng)所述第一過零數(shù)小于所述第二過零時(shí),所述調(diào) 頻率的計(jì)算公式為:
[0037] KP = kmax · cot(a〇),
[0038] 當(dāng)所述第一過零數(shù)大于所述第二過零時(shí),所述調(diào)頻率的計(jì)算公式為:
[0039] KP = -kmax · cot(a〇),
[0040] 其中,心為所述調(diào)頻率,a。為分?jǐn)?shù)階傅里葉變換方差取得最大值對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。
[0041] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述中變 得明顯,或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0042] 本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變得 明顯和容易理解,其中:
[0043] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法的流程圖;
[0044] 圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法的流程圖;
[0045] 圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的不同轉(zhuǎn)角下的信號s的前半段分?jǐn)?shù)階傅里葉變換 的方差示意圖;
[0046] 圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的不同c值下的調(diào)頻率估計(jì)值示意圖;
[0047] 圖5為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的不同c值下的調(diào)頻率估計(jì)值的誤差百分比示意圖; 以及
[0048] 圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例,所述實(shí)施例的示例在附圖中示出,其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的,旨在用于解釋本發(fā)明,而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0050] 下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法及 裝置,首先將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法。
[0051] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法的流程圖 [0052]如圖1所示,該線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法包括以下步驟:
[0053]在步驟S101中,根據(jù)信號采樣頻率與信號采樣時(shí)長獲取待分析信號的調(diào)頻率最大 值。
[0054]其中,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,調(diào)頻率最大值的計(jì)算公式為:
[0056]其中,kmax為調(diào)頻率最大值,fs為信號采樣頻率,△ t為信號采樣時(shí)長。
[0057]也就是說,如圖2所示,第一步:計(jì)算待分析信號s調(diào)頻率最大值。其中,第一步包括 信號調(diào)頻率最大值kmax的計(jì)算過程。最大調(diào)頻率kmax計(jì)算公式為:
[0059]在步驟S102中,獲取調(diào)頻率誤差,以得到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的轉(zhuǎn)角及其個數(shù)。
[0060]其中,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,轉(zhuǎn)角及其個數(shù)的計(jì)算公式為:
[0062]>_ (? = 1、2、."、《:),c為常系數(shù),α和η分別為轉(zhuǎn)角及其個 數(shù)。
[0063] 進(jìn)一步地,第二步:輸入調(diào)頻率誤差ε,計(jì)算分?jǐn)?shù)階傅里葉變換轉(zhuǎn)角α及其個數(shù)η,其 中,第二步包括根據(jù)最大調(diào)頻率絕對誤差計(jì)算分?jǐn)?shù)階傅里葉變換旋轉(zhuǎn)角度α個數(shù)η的計(jì)算過 程。
[0064]旋轉(zhuǎn)角度α及其個數(shù)η的計(jì)算公式為:
[0067] 其中,c為常系數(shù),為了增加分辨率,可適當(dāng)增加 η值,c 一般大于1,為2的整數(shù)冪較 好,α單位為°。
[0068] 在步驟S103中,將待分析信號均分為第一分析信號與第二分析信號。
[0069]進(jìn)一步地,第三步:將信號s均分為兩段,且為81和82。其中,第三步包括了判斷調(diào)頻 率符號的過程,需要先將信號均分為兩部份81和82。
[0070]在步驟S104中,統(tǒng)計(jì)第一分析信號與第二分析信號對應(yīng)的第一過零數(shù)與第二過零 數(shù)。
[0071 ] 進(jìn)一步地,第四步:統(tǒng)計(jì)si和S2的過零數(shù),且對應(yīng)分別為numi和num2。其中,第四步 需要計(jì)算si和S2過零次數(shù),分別為numi和num2,計(jì)算過程為:
[0072] 待處理信號為奴"^二^^^^一為信號長度沁構(gòu)建兩個信號幻^^么二]、 3、4、~、J-i,J為信號x(j)長度)和12〇2)〇2 = 2、3、4、~^為信號奴」)長度),生成新的信 號X〇(j〇):
[0073] xo( jo)=xi( ji) · X2(j'2),式4
[0074] 統(tǒng)計(jì)xo( jo)中值小于0元素的個數(shù)。分別對si和S2進(jìn)行上述過程處理,得到numi和 num2〇
[0075]在步驟S105中,判斷第一過零數(shù)是否小于第二過零數(shù)。
[0076] 進(jìn)一步地,第五步:對比numi是否小于num2。即言,第五步包括了對比numi是否小于 num2大小的過程。
[0077]在步驟S106中,如果第一過零數(shù)小于第二過零,則根據(jù)轉(zhuǎn)角及其個數(shù)得到待分析 信號的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段,否則根據(jù)轉(zhuǎn)角及其個數(shù)得到待分析信號的分?jǐn)?shù)階傅里 葉變換的后半段。
[0078] 進(jìn)一步地,第六步:當(dāng)numi小于num2時(shí),則計(jì)算η個轉(zhuǎn)角α下,信號S分?jǐn)?shù)階傅里葉變 換的前半段,即,X(u),(W=l、2、3......
.說為信號的采樣點(diǎn)數(shù));否則,計(jì)算信號 s分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的后半段,即,X(u),
、…、N,N 為信號的采樣點(diǎn)數(shù))。
[0079 ]具體地,第六步包括了根據(jù)numi和nuim大小,分別計(jì)算信號s對應(yīng)范圍的分?jǐn)?shù)階傅 里葉變換的過程,且為:
[0080]當(dāng)numi小于num2時(shí),則計(jì)算η個轉(zhuǎn)角α下,信號S分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段,gp,X (u),(《=l、2、3、為信號的采樣點(diǎn)數(shù));否則,計(jì)算信號s分?jǐn)?shù)階傅里葉變換 的后半段,即,X(u),(M= +1、…、見7V為信號的采樣點(diǎn) 數(shù))。
[0081] 以此減少計(jì)算量,加快計(jì)算速度。
[0082] 在步驟S107中,獲取轉(zhuǎn)角及其個數(shù)下變換結(jié)果的方差及對應(yīng)的方差值。
[0083] 進(jìn)一步地,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,獲取轉(zhuǎn)角及其個數(shù)下變換結(jié)果的方差及對 應(yīng)的方差值進(jìn)一步包括:計(jì)算η個轉(zhuǎn)角α下變換結(jié)果的方差,得到對應(yīng)方差值D( i)(i = 1、2、 3、…、n),其中,方差計(jì)算公式為:
[0084] D = E{X(u)_E[X(u)]}2,
[0085] 其中,X(u)為分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段或者分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的后半段, w = l、.2、3_、…、:,.N為信號的米樣點(diǎn)數(shù)。
[0086] 進(jìn)一步地,第七步:計(jì)算η個轉(zhuǎn)角α下變換結(jié)果的方差,得到對應(yīng)方差值D(i)(i = l、 2、3、…、η)。其中,第七步包括計(jì)算η個轉(zhuǎn)角α下變換結(jié)果的方差,得到對應(yīng)方差值D(i)(i = 1、2、3、…、η);方差計(jì)算公式為:
[0087] D = E{X(u)_E[X(u)]}2。式 5
[0088]在步驟S108中,獲取最大方差值,并得到對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。
[0089] 進(jìn)一步地,第八步:找到最大方差值Dmax,并找到對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度α。。即言,第八步 包括根據(jù)最大方差值D max,并找到對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度α。。
[0090] 在步驟S109中,根據(jù)調(diào)頻率最大值、旋轉(zhuǎn)角度得到調(diào)頻率。
[0091 ]具體地,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,如果第一過零數(shù)小于第二過零,則調(diào)頻率的計(jì) 算公式為:
[0092] Kp = kmax · cot(a。),
[0093] 如果第一過零數(shù)大于第二過零,則調(diào)頻率的計(jì)算公式為:
[0094] KP = -kmax · cot(a〇),
[0095] 其中,KP為調(diào)頻率,α。為分?jǐn)?shù)階傅里葉變換方差取得最大值對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。。
[0096] 進(jìn)一步地,第九步:計(jì)算調(diào)頻率心。即言,第九步包括線性調(diào)頻信號調(diào)頻率KP的計(jì)算 過程:
[0097]調(diào)頻率心的計(jì)算公式為,
[0098] 當(dāng) numi 小于 num2 時(shí),
[0099] KP = kmax · cot(a。),式6
[0100] 當(dāng)numi大于等于num2時(shí),
[0101] Kp = -kmax · cot(a〇) 〇 式7
[0102] 為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解,下面以一個具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0103] 該方法可以在matlab軟件平臺下進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。示例信號表達(dá)式可以為:
[0104] s = exp[200 · j · 2JT · t2],0彡t彡 1,式8
[0105] 即中心頻率為0,調(diào)頻率KP為200Hz/s,t e [0,1 ]的一組掃頻信號,采樣頻率f3為 2000Hz。為驗(yàn)證方法的適用性,加上強(qiáng)度為0.2的白噪聲信號,信噪比SNR為26.95db。
[0106] 根據(jù)第一步中式1,最大調(diào)頻率為2000Hz/S。
[0107] 根據(jù)第二步,輸入調(diào)頻率誤差ε為4Hz/s,根據(jù)式2可算得轉(zhuǎn)角個數(shù)η為500(c = l)。
[0108] 根據(jù)第三步,將信號均分為兩段,且為81和82。
[0109] 根據(jù)第四步,統(tǒng)計(jì)si和S2的過零數(shù),且對應(yīng)分別為numi = 56和num2 = 150〇 [0110] 根據(jù)第五步,比較numi和num2,則可知numi小于num2〇
[0111] 根據(jù)第六步,因?yàn)閚umi小于num2,需要計(jì)算η個轉(zhuǎn)角α下,信號S分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的 前半段,即,X(u),(W = l、2、3、…、為信號的采樣點(diǎn)數(shù))。
[0112] 根據(jù)第七步,計(jì)算η個轉(zhuǎn)角α下變換結(jié)果的方差,得到對應(yīng)方差值D(i)(i = l、2、 3、…、500)。圖3為不同轉(zhuǎn)角下的信號s的前半段分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的方差。
[0113]根據(jù)第八步,找到最大方差值Dmax = 0.58,并找到對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度aQ = 84.24°。 [0114] 根據(jù)第九步,因?yàn)閚umi小于num2,需根據(jù)式5計(jì)算調(diào)頻率,KP = 201 · 74Hz/s。絕對誤 差為1.74Hz/s,誤差百分比為0.87%,為最大調(diào)頻率的0.087%。由此可知,該方法具備較高 精度。
[0115] 根據(jù)第二步可知,增大c值可以提高精度,為此,設(shè)定(:=2、4、6、8、16、32、64,分別 對掃頻率心進(jìn)行估算,其估測值和誤差值分別如圖4和圖5所示。由圖4可知,隨著c值的增 大,調(diào)頻率估計(jì)值越來越趨近于200Hz/s,誤差百分比也越來越小,當(dāng)c = 32時(shí),誤差百分比 為0.02%。由此可知,本發(fā)明實(shí)施例的方法可以根據(jù)精度要求調(diào)節(jié)計(jì)算量,更具靈活性。
[0116] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法,可以基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變 換,以信號的部分變換系數(shù)的方差追蹤最佳旋轉(zhuǎn)角,來實(shí)現(xiàn)對調(diào)頻率的估算,具有計(jì)算量小 的優(yōu)點(diǎn),且可以根據(jù)調(diào)頻率的精度要求,調(diào)節(jié)計(jì)算量,使計(jì)算速度具備適應(yīng)性,提高了線性 調(diào)頻信號調(diào)頻率的計(jì)算速度。
[0117]其次參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置。
[0118] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0119] 如圖6所示,該線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置10包括:第一獲取模塊100、處理模 塊200、判斷模塊300、計(jì)算模塊400和第二獲取模塊500。
[0120] 其中,第一獲取模塊100用于根據(jù)信號采樣頻率與信號采樣時(shí)長獲取待分析信號 的調(diào)頻率最大值,并且獲取調(diào)頻率誤差,以得到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的轉(zhuǎn)角及其個數(shù)。處理模 塊200用于將待分析信號均分為第一分析信號與第二分析信號;,并且統(tǒng)計(jì)第一分析信號與 第二分析信號對應(yīng)的第一過零數(shù)與第二過零數(shù)。判斷模塊300用于判斷第一過零數(shù)是否小 于第二過零數(shù)。當(dāng)?shù)谝贿^零數(shù)小于第二過零時(shí),計(jì)算模塊400用于根據(jù)轉(zhuǎn)角及其個數(shù)得到待 分析信號的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段,否則根據(jù)轉(zhuǎn)角及其個數(shù)得到待分析信號的分?jǐn)?shù)階 傅里葉變換的后半段。第二獲取模塊500用于獲取轉(zhuǎn)角及其個數(shù)下變換結(jié)果的方差及對應(yīng) 的方差值,并且獲取最大方差值,并得到對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度,以根據(jù)調(diào)頻率最大值、旋轉(zhuǎn)角度 得到調(diào)頻率。本發(fā)明實(shí)施例的估計(jì)裝置10不但計(jì)算速度快,而且可以根據(jù)絕對誤差要求調(diào) 整計(jì)算速度,提高調(diào)頻率的估計(jì)精度。
[0121 ]進(jìn)一步地,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,調(diào)頻率最大值的計(jì)算公式為:
[0123] 其中,kmax為調(diào)頻率最大值,fs為信號采樣頻率,△ t為信號采樣時(shí)長。
[0124] 進(jìn)一步地,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,轉(zhuǎn)角及其個數(shù)的計(jì)算公式為:
[0126]< "' = 1、:2、…、"),c為常系數(shù),α和η分別為轉(zhuǎn)角及其個 數(shù)。
[0127] 進(jìn)一步地,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,第二獲取模塊500還用于計(jì)算η個轉(zhuǎn)角α下變 換結(jié)果的方差,得到對應(yīng)方差值D(i)(i = l、2、3、…、η),其中,方差計(jì)算公式為:
[0128] D = E{X(u)_E[X(u)]}2,
[0129] 其中,X(u)為分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段或者分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的后半段, W=l、2、3、.…、,·Ν為{目號的米樣點(diǎn)數(shù)。
[0130] 另外,在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,當(dāng)?shù)谝贿^零數(shù)小于第二過零時(shí),調(diào)頻率的計(jì)算公 式為:
[0131] Kp = kmax · cot(a〇),
[0132] 當(dāng)?shù)谝贿^零數(shù)大于第二過零時(shí),調(diào)頻率的計(jì)算公式為:
[0133] Kp = -kmax · cot(a〇),
[0134] 其中,KP為調(diào)頻率,a。為分?jǐn)?shù)階傅里葉變換方差取得最大值對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。
[0135] 需要說明的是,前述對線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法實(shí)施例的解釋說明也適用 于該實(shí)施例的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置,此處不再贅述。
[0136] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置,可以基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變 換,以信號的部分變換系數(shù)的方差追蹤最佳旋轉(zhuǎn)角,來實(shí)現(xiàn)對調(diào)頻率的估算,具有計(jì)算量小 的優(yōu)點(diǎn),且可以根據(jù)調(diào)頻率的精度要求,調(diào)節(jié)計(jì)算量,使計(jì)算速度具備適應(yīng)性,提高了線性 調(diào)頻信號調(diào)頻率的計(jì)算速度。
[0137] 在本發(fā)明的描述中,需要理解的是,術(shù)語"中心"、"縱向"、"橫向"、"長度"、"寬度"、 "厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底" "內(nèi)"、"外"、"順時(shí) 針"、"逆時(shí)針"、"軸向"、"徑向"、"周向"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或 位置關(guān)系,僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必 須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作,因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0138] 此外,術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示相對重要性 或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此,限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者 隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中,"多個"的含義是至少兩個,例如兩個,三 個等,除非另有明確具體的限定。
[0139] 在本發(fā)明中,除非另有明確的規(guī)定和限定,術(shù)語"安裝"、"相連"、"連接"、"固定"等 術(shù)語應(yīng)做廣義理解,例如,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或成一體;可以是機(jī)械連 接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩個元件內(nèi) 部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系,除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 而言,可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0140] 在本發(fā)明中,除非另有明確的規(guī)定和限定,第一特征在第二特征"上"或"下"可以 是第一和第二特征直接接觸,或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且,第一特征在 第二特征"之上"、"上方"和"上面"可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或僅僅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方,或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0141] 在本說明書的描述中,參考術(shù)語"一個實(shí)施例"、"一些實(shí)施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中,對上述術(shù)語的示意性表述不 必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且,描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任 一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外,在不相互矛盾的情況下,本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié) 合和組合。
[0142] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例,可以理解的是,上述實(shí)施例是示例 性的,不能理解為對本發(fā)明的限制,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述 實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法,其特征在于,包括W下步驟: 根據(jù)信號采樣頻率與信號采樣時(shí)長獲取待分析信號的調(diào)頻率最大值; 獲取調(diào)頻率誤差,W得到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的轉(zhuǎn)角及其個數(shù); 將所述待分析信號均分為第一分析信號與第二分析信號; 統(tǒng)計(jì)所述第一分析信號與第二分析信號對應(yīng)的第一過零數(shù)與第二過零數(shù); 判斷所述第一過零數(shù)是否小于所述第二過零數(shù); 如果所述第一過零數(shù)小于所述第二過零,則根據(jù)所述轉(zhuǎn)角及其個數(shù)得到所述待分析信 號的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段,否則根據(jù)所述轉(zhuǎn)角及其個數(shù)得到所述待分析信號的分?jǐn)?shù) 階傅里葉變換的后半段; 獲取所述轉(zhuǎn)角及其個數(shù)下變換結(jié)果的方差及對應(yīng)的方差值; 獲取最大方差值,并得到對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度;W及 根據(jù)所述調(diào)頻率最大值、所述旋轉(zhuǎn)角度得到調(diào)頻率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法,其特征在于,所述調(diào)頻率最 大值的計(jì)算公式為:其中,kmax為所述調(diào)頻率最大值,fs為所述信號采樣頻率,Δ t為所述信號采樣時(shí)長。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法,其特征在于,所述轉(zhuǎn)角及其 個數(shù)的計(jì)算公式為:其4|。= 1、2、-,、11),(3為常系數(shù),〇和11分別為所述轉(zhuǎn)角及其個數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法,其特征在于,所述獲取所述 轉(zhuǎn)角及其個數(shù)下變換結(jié)果的方差及對應(yīng)的方差值進(jìn)一步包括: 計(jì)算η個轉(zhuǎn)角α下變換結(jié)果的方差,得到對應(yīng)方差值D(i)(i = l、2、3、…、n),其中,方差 計(jì)算公式為: D = E{X(u)-E[X(u)]}2, 其中,X(u)為所述分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段或者所述分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的后半段,U =1、2、3、…,N為信號的采樣點(diǎn)數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)方法,其特征在于,其中, 如果所述第一過零數(shù)小于所述第二過零,則所述調(diào)頻率的計(jì)算公式為: Kp 二 kmax · C〇t(Q〇), 如果所述第一過零數(shù)大于所述第二過零,則所述調(diào)頻率的計(jì)算公式為: Κρ 二-kmax · cot(口 ο), 其中,Κρ為所述調(diào)頻率,α。為分?jǐn)?shù)階傅里葉變換方差取得最大值對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。6. -種線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置,其特征在于,包括: 第一獲取模塊,用于根據(jù)信號采樣頻率與信號采樣時(shí)長獲取待分析信號的調(diào)頻率最大 值,并且獲取調(diào)頻率誤差,W得到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的轉(zhuǎn)角及其個數(shù); 處理模塊,用于將所述待分析信號均分為第一分析信號與第二分析信號;,并且統(tǒng)計(jì)所 述第一分析信號與第二分析信號對應(yīng)的第一過零數(shù)與第二過零數(shù); 判斷模塊,用于判斷所述第一過零數(shù)是否小于所述第二過零數(shù); 計(jì)算模塊,當(dāng)所述第一過零數(shù)小于所述第二過零時(shí),用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)角及其個數(shù)得到 所述待分析信號的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段,否則根據(jù)所述轉(zhuǎn)角及其個數(shù)得到所述待分 析信號的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的后半段;W及 第二獲取模塊,用于獲取所述轉(zhuǎn)角及其個數(shù)下變換結(jié)果的方差及對應(yīng)的方差值,并且 獲取最大方差值,并得到對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度,W根據(jù)所述調(diào)頻率最大值、所述旋轉(zhuǎn)角度得到調(diào) 頻率。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置,其特征在于,所述調(diào)頻率最 大值的計(jì)算公式為:其中,kmax為所述調(diào)頻率最大值,fs為所述信號采樣頻率,Δ t為所述信號采樣時(shí)長。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置,其特征在于,所述轉(zhuǎn)角及其 個數(shù)的計(jì)算公式為:其中。=1、2、一、11),(3為常系數(shù),〇和11分別為所述轉(zhuǎn)角及其個數(shù)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置,其特征在于,所述第二獲取 模塊還用于計(jì)算η個轉(zhuǎn)角α下變換結(jié)果的方差,得到對應(yīng)方差值D(i)(i = l、2、3、…、n),其 中,方差計(jì)算公式為: D = E{X(u)-E[X(u)]}2, 其中,X(u)為所述分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前半段或者所述分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的后半段,U =1、2、3、…1% ^,N為信號的采樣點(diǎn)數(shù)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的線性調(diào)頻信號調(diào)頻率的估計(jì)裝置,其特征在于,其中, 當(dāng)所述第一過零數(shù)小于所述第二過零時(shí),所述調(diào)頻率的計(jì)算公式為: Κρ 二 kmax · C〇t(Q〇), 當(dāng)所述第一過零數(shù)大于所述第二過零時(shí),所述調(diào)頻率的計(jì)算公式為: Κρ 二-kmax · C〇t(Q〇), 其中,Κρ為所述調(diào)頻率,α。為分?jǐn)?shù)階傅里葉變換方差取得最大值對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。
【文檔編號】G01S7/534GK106093885SQ201610379315
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】閻紹澤, 劉濤, 果曉東, 趙杰亮
【申請人】清華大學(xué)