CN106646436B - 一种基于信号宽窄带模糊度的侦察信号参数估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信号宽窄带模糊度的侦察信号参数估计方法,先对接收信号作窄带模糊函数计算，估计出信号的脉宽、带宽信息；再进行宽带模糊函数计算，根据数值拟合公式及信号的脉宽带宽估计值计算出信号的中心频率。本发明中接收信号仅根据目标自身特性和先验公式即能计算出信号参数,不似短时傅里叶法等,需要人为地通过读取时频图获取参数,且受回波信号截取长度及截取周期等因素的影响较大,因此使用本发明方法获取的参数估计更具有可靠性。

Description

一种基于信号宽窄带模糊度的侦察信号参数估计方法

技术领域

本发明属于水声信号参数估计技术领域，尤其涉及一种基于信号宽窄带模糊度的侦察信号参数估计方法。

背景技术

侦察信号参数估计，对于近年来水下某些对通信保密、可靠性要求较高的场所是一个关键的研究方向。而在有色噪声背景的条件下，实现水声信号参数的快速、高精度估计是最终达到水声对抗和侦察干扰目的的前提。

目前通常使用功率谱分析，短时傅里叶变换等方法进行信号参数的估计，但这类方法受回波信号截取长度及截取周期等因素的影响较大，且都存在着计算量大，运算效率低等问题。因此开拓新型高效的参数估计办法迫在眉睫。

模糊函数反映了信号的整体参数，能够从理论上说明声纳信号的分辨能力、参数估计精度等问题，在雷达波形设计和参数估计上具有重要的意义。但随着宽带声纳技术的发展，基于窄带回波模型的窄带模糊函数也无法有效分析运动目标回波信号处理中的问题。宽带条件下，高速运动目标的回波不仅表现为多普勒频移，且伴随着信号脉宽的压缩和展宽。传统窄带回波模型已经不再适用。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种利用宽、窄带模糊函数分别对接收信号进行模糊处理，提取信号在不同模糊函数下的距离、速度分辨率，联合估计出信号的关键参数的方法。

技术方案：一种基于信号宽窄带模糊度的侦察信号参数估计方法，包括以下步骤：

1)对接收的线性调频信号s(t)建立窄带模糊函数|χ(τ,ξ)|，并进行归一化处理；

2)将步骤1)中得到的窄带模糊函数|χ(τ,ξ)|的τ、ξ为时间、频率轴，同时将对应的窄带模糊函数|χ(τ,ξ)|值为幅度绘制成三维图形，在该三维图形中截取窄带模糊函数|χ(τ,ξ)|幅度下降到-3dB处的截面图，为-3dB等高线；该等高线与时间轴正轴的交点设为τ+，与频率轴正轴的交点设为ξ+；得出s(t)的带宽脉宽估计：

3)对接收的线性调频信号s(t)建立宽带模糊函数|χ(d,v)|，并进行归一化处理；

4)将步骤3)中得到的宽带模糊函数|χ(d,v)|的d、v为距离、速度轴，对应的宽带模糊函数|χ(d,v)|值为幅度绘制成三维图形，在该三维图形中截取宽带模糊函数|χ(d,v)|幅度下降到-3dB处的截面图，为-3dB等高线；该等高线与速度轴正轴的交点设为v+；将v⁺和相对带宽参数代入方程：

得到相对上截止频率且

5)得到对线性调频信号脉宽带宽和中心频率三个信号参数的估计。

所述步骤1)具体为：

将接收的侦察信号定义为线性调频信号s(t),t∈[0,WL]，其中WL为处理信号时间窗长；将s(t)代入公式：

得到其窄带模糊函数，并进行归一化处理，其中τ、ξ为信号的时延、频移。

所述步骤3)具体为：

将线性调频信号s(t)代入公式

得到宽带模糊函数|χ(d,v)|，并进行归一化处理，其中d为距离，v为多普勒速度，c为声在水中传播速度。

有益效果：相对于现有技术，本发明中接收信号仅根据目标自身特性和先验公式即能计算出信号参数,不似短时傅里叶法等,需要人为地通过读取时频图获取参数,且受回波信号截取长度及截取周期等因素的影响较大,因此使用本发明方法获取的参数估计更具有可靠性。

附图说明

图1是本发明方法流程图；

图2是本发明实施例中未知参数的LFM信号的窄带模糊函数图；

图3是本发明实施例中信号的窄带模糊函数图的-3dB等高线；

图4是本发明实施例中未知参数的LFM信号的宽带模糊函数图；

图5是本发明实施例中信号的宽带模糊函数图的-3dB等高线；

图6是本发明中宽带模糊函数-3dB等高线图中的v+测量方法示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的实施案例进行详细的描述；

本发明涉及一种已知信号形式，未知信号参数的侦察信号处理方法，通过计算侦察信号的宽、窄带模糊函数来对未知参数进行估计，属于水声信号参数估计技术领域。如图1所示，一种基于信号宽窄带模糊度的侦察信号参数估计方法，当侦察信号的信号形式已被确认，但如中心频率、信号脉宽和带宽之类的信号参数无法准确估计时，先对接收信号作窄带模糊函数计算，估计出信号的脉宽、带宽信息；再进行宽带模糊函数计算，根据数值拟合公式及信号的脉宽带宽估计值计算出信号的中心频率，该方法主要包括以下步骤：

1)接收的侦察信号为线性调频信号s(t),t∈[0,WL]，其中WL为处理信号时间窗长。将s(t)代入公式：

得到其窄带模糊函数(NBAF)，并进行归一化处理，其中τ、ξ为信号的时延、频移。

2)在以窄带模糊函数|χ(τ,ξ)|的τ、ξ为时间、频率轴，对应的窄带模糊函数|χ(τ,ξ)|值为幅度绘制成的三维图形中，截取窄带模糊函数|χ(τ,ξ)|幅度下降到-3dB(0.707倍)处的截面图，即其-3dB等高线。该等高线与时间轴正轴的交点设为τ+，与频率轴正轴的交点设为ξ+。由此得出s(t)的带宽脉宽估计：

3)将侦察信号s(t)代入公式

得到其宽带模糊函数(WBAF)，并进行归一化处理，其中d为距离，v为多普勒速度，c＝1500m/s为声在水中传播速度。

4)在以宽带模糊函数|χ(d,v)|的d、v为距离、速度轴，对应的宽带模糊函数|χ(d,v)|值为幅度绘制成的三维图形中，截取宽带模糊函数|χ(d,v)|幅度下降到-3dB(0.707倍)处的截面图，即其-3dB等高线。该等高线与速度轴正轴的交点设为v+。将v⁺和相对带宽参数代入方程：

由此推算出相对上截止频率且至此完成了对线性调频信号脉宽带宽和中心频率三个信号参数的估计。

本实施中，待测信号s(t)为LFM信号，信号形式为：

其中B＝100Hz,f_H＝800Hz,f₀＝f_H-B/2＝750Hz,T＝1s,FS＝5000Hz。

步骤一：对侦察信号s(t)做窄带模糊函数运算，得到其NBAF，如图2。

步骤二：抽取s(t)NBAF的-3dB等高线，如图3，等高线与时间正轴的交点τ⁺＝0.00442s，与频率正轴的交点ξ+＝0.441Hz。由公式得出s(t)的带宽脉宽估计：

步骤三：对侦察信号s(t)做宽带模糊函数运算，得到其WBAF，如图4。

步骤四：抽取s(t)WBAF的-3dB等高线，如图5，等高线与速度正轴的交点为v⁺＝0.443m/s。将v⁺和代入数值拟合公式中的v⁺，得：解方程得出上截止频率则

在本实施例中，估计出的LFM信号参数为 与真实参数值的误差分别为η_B＝-0.49％，η_T＝-0.3％，

Claims (3)

1.一种基于信号宽窄带模糊度的侦察信号参数估计方法，所述方法用于对水声信号参数估计，其特征在于，包括以下步骤：

1)对接收的线性调频信号s(t)建立窄带模糊函数|χ(τ,ξ)|，并进行归一化处理；

2)将步骤1)中得到的窄带模糊函数|χ(τ,ξ)|的τ、ξ为时间、频率轴，同时将对应的窄带模糊函数|χ(τ,ξ)|值为幅度绘制成三维图形，在该三维图形中截取窄带模糊函数|χ(τ,ξ)|幅度下降到-3dB处的截面图，为-3dB等高线；该等高线与时间轴正轴的交点设为τ⁺，与频率轴正轴的交点设为ξ⁺；得出s(t)的带宽脉宽估计：其中τ、ξ为信号的时延、频移；

3)对接收的线性调频信号s(t)建立宽带模糊函数|χ(d,v)|，并进行归一化处理；

4)将步骤3)中得到的宽带模糊函数|χ(d,v)|的d、v为距离、速度轴，对应的宽带模糊函数|χ(d,v)|值为幅度绘制成三维图形，在该三维图形中截取宽带模糊函数|χ(d,v)|幅度下降到-3dB处的截面图，为-3dB等高线；该等高线与速度轴正轴的交点设为v⁺；将v⁺和相对带宽参数代入方程：

得到相对上截止频率且c为声在水中传播速度，d为距离，v为多普勒速度；

5)得到对线性调频信号脉宽带宽和中心频率三个信号参数的估计。

2.根据权利要求1所述的基于信号宽窄带模糊度的侦察信号参数估计方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：

将接收的侦察信号定义为线性调频信号s(t),t∈[0,WL]，其中WL为处理信号时间窗长；将s(t)代入公式：

得到其窄带模糊函数，并进行归一化处理，其中τ、ξ为信号的时延、频移。

3.根据权利要求1所述的基于信号宽窄带模糊度的侦察信号参数估计方法，其特征在于，所述步骤3)具体为：

将线性调频信号s(t)代入公式

得到宽带模糊函数|χ(d,v)|，并进行归一化处理，其中d为距离，v为多普勒速度，c为声在水中传播速度。