CN107167777A - 锯齿波线性调频信号参数提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种锯齿波线性调频信号参数提取方法，包括如下步骤：(10)信号接收：接收来自发射源的射频信号，并将其转化为数字信号；(20)信号制式识别：确定数字信号的周期和初始位置，并对信号进行调制制式的识别；(30)信号参数提取：对信号的各项相关参数进行提取。本发明的锯齿波线性调频信号参数提取方法，雷达参数提取精度高，执行速度快。

Description

锯齿波线性调频信号参数提取方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理技术领域，特别是一种锯齿波线性调频信号参数提取方法。
背景技术
侦察过程中，为提高测距精度和距离分辨力，信号必须有大的带宽；为提高测速精度和速度分辨率，信号又必须有大的时宽。由于线性调频脉冲信号的时宽带宽之积较大，故线性调频信号在现代雷达系统中被广泛使用。在雷达信号处理中，一次相位参数和二次相位参数分别对应高速目标的初始速度和加速度，其估计的准确性对战争的胜利将起到重要作用。
对于雷达引信信号的参数提取，如中国发明专利“一种线性调频信号的检测与参数方法”(申请号：CN 102999473公开日20 13.03.27)所述，首先对接收信号进行量纲归一化，而后利用分数阶傅立叶变换自适应计算，求取信号斜率及中心频率。但其没有给出信号幅值及相位的提取方案；并且，该专利基于收发同步的前提下，进行参数提取的，在不确定初始位置的情况下，算法将无法进行。
如中国发明专利“一种基于PWD-Hough变换的SMSP干扰识别与参数估计方法”(申请号：CN 105044687A公开日20 15.11.11)所述，通过对雷达接收信号的魏格纳分布进行Hough变换，将时频分布上所有点在一点上进行累积，通过提取峰值位置进行类型识别。该方法基于信号的时频，故存在抗噪声性能较差的问题；另外，上述方法都只是基于仿真实验过程，没有提供高模拟度的硬件实验平台，实用性不强。
总之，现有技术存在的问题是：雷达信号参数提取精度低，执行速度慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锯齿波线性调频信号参数提取方法，雷达参数提取精度高，执行速度快。
实现本发明目的的技术方案为：
一种锯齿波线性调频信号参数提取方法，包括如下步骤：
(10)接收信号：接收来自发射源的射频信号，并将其转化为数字信号；
(20)识别信号制式：确定数字信号的周期和初始位置，并对信号进行调制制式的识别；
(30)提取信号参数：对信号的各项相关参数进行提取。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
1、雷达参数提取精度高：本发明针对现有提取方法不考虑信号收发时延所导致的不准确性，开辟了一种确定未知信号初始位置的新思路，使得提取精度大大提高；另外，针对现有技术只处于实验仿真阶段、实用性不强的特点，使得实验数据的准确率更高。
2、执行速度快：本发明相较于现有的算法，运算复杂度较低，将识别部分中得到的某些结果直接用于参数提取的算法中，大大提高了算法的效率；另外，规避了大部分软件平台接收、存储和识别提取分步进行的不足，在LabVIEW平台上可将发射、接收和识别提取并列进行，提升了执行效率。
附图说明
图1是本发明锯齿波线性调频信号参数提取方法的主流程图。
图2是图1中信号制式识别步骤的流程图。
图3是图1中信号参数提取步骤的流程图。
图4是锯齿波线性调频时频分布图。
具体实施方式
如图1所示，本发明锯齿波线性调频信号参数提取方法，包括如下步骤：
(10)接收信号：接收来自发射源的射频信号，并将其转化为数字信号；
所述(10)信号接收步骤具体为：
将发射源产生的射频信号经天线接收下来，与本振源提供的载频信号一同进行下变频，得到模拟中频信号，再将该模拟中频信号中频数字化，得到数字信号。
(20)识别信号制式：确定数字信号的周期和初始位置，并对信号进行调制制式的识别；
如图2所示，所述(20)信号制式识别步骤包括：
(21)确定周期：通过自相关函数确定信号周期；
所述(21)周期确定步骤具体为：
检测连续的锯齿波线性调频信号自相关峰值出现的位置，即得到信号周期T，其中，
当-T≤τ<0时，τ为位移量，自相关函数表示为，
当0≤τ<T时，自相关函数表示为：
于是，单周期锯齿波线性调频信号自相关函数的幅值为，
由上述二式，当τ＝0和τ＝T时，得到|Ru(τ)|的最大值，即自相关峰值。
(22)确定初始位置：通过短时傅里叶变换得到信号的时频分布，并由此确定其初始位置；
所述(22)初始位置确定步骤包括：
(221)时频分布图获取：在接收的信号中截取长度为三个周期的信号，对其做短时傅里叶变换后，得到信号对应的时频分布图，如图4所示，其中t＝0处函数值可能是[f(0),f(T)]范围内任意一点；
(222)终点位置坐标确定：在[T,3T]范围内对函数进行最大值的搜索，找出最大值所对应横坐标位置，即为信号的终点位置坐标te；
(223)初始位置获取：根据终点位置坐标te和信号周期长度T，确定该周期内信号的初始位置，即ts＝te-T，截取[ts,te]内信号，作为一个完整的单周期信号，供制式识别。
(23)识别调制制式：采用分数阶傅立叶变换对信号进行识别，判断其调制制式。
所述(23)调制制式识别步骤包括：
(231)分数阶频域谱构建：在一定范围内，均匀地选取N个数值，
p＝0,Δp,2Δp…,(N-1)Δp，
分别作为N次分数阶傅立叶变换的阶数，将N次变换中所获得的N个最大值，共同构成一个分数阶频域谱；
(232)信号制式识别：搜索分数阶频域谱中的最大值σf，根据统计概率设置一个阈值门限σd；当σf>σd时，判断信号为锯齿波线性调频信号；
(233)峰值变换阶确定：找到峰值σf处对应的横坐标，即为峰值变换阶pf。
(30)信号参数提取：对信号的各项相关参数进行提取。
如图3所示，所述(30)信号参数提取步骤包括：
(31)提取调制周期：将数字信号的周期T作为调制周期TM，即
TM＝T；
(32)提取调制斜率：按下式提取调制斜率k，
式中，Fs为采样率，N为信号点数，pf为峰值变换阶数
(33)提取载波频率：按下式提取载波频率f0，
f0＝arg{max{fft[s(t)·exp(-jπkt2)]}}，
式中，s(t)锯为齿连续波线性调频信号，fft()为对信号做傅立叶变换，max()为取最大值，arg()为求取反函数；
(34)提取幅值：按下式提取幅值，
A＝|s(t)·exp(-j·[2πf0t+πk·t2])|/T，
(35)提取初始相位：按下式提取初始相位，
ph()为对信号取相位。

Claims (7)

1.一种锯齿波线性调频信号参数提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
(10)接收信号：接收来自发射源的射频信号，并将其转化为数字信号；
(20)识别信号制式：确定数字信号的周期和初始位置，并对信号进行调制制式的识别；
(30)提取信号参数：对信号的各项相关参数进行提取。
2.根据权利要求1所述的参数提取方法，其特征在于，所述(10)信号接收步骤具体为：
将发射源产生的射频信号经天线接收下来，与本振源提供的载频信号一同进行下变频，得到模拟中频信号，再将该模拟中频信号中频数字化，得到数字信号。
3.根据权利要求1所述的参数提取方法，其特征在于，所述(20)信号制式识别步骤包括：
(21)确定周期：通过自相关函数确定信号周期；
(22)确定初始位置：通过短时傅里叶变换得到信号的时频分布，并由此确定其初始位置；
(23)识别调制制式：采用分数阶傅立叶变换对信号进行识别，判断其调制制式。
4.根据权利要求3所述的参数提取方法，其特征在于，所述(21)周期确定步骤具体为：
检测连续的锯齿波线性调频信号自相关峰值出现的位置，即得到信号周期T，其中，
当-T≤τ<0时，τ为位移量，自相关函数表示为，
<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>u</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msubsup> <mo>&amp;Integral;</mo> <mrow> <mo>-</mo> <mi>&amp;infin;</mi> </mrow> <mi>&amp;infin;</mi> </msubsup> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>s</mi> <mo>*</mo> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mi>&amp;tau;</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>T</mi> </mfrac> <msubsup> <mo>&amp;Integral;</mo> <mrow> <mo>-</mo> <mi>&amp;tau;</mi> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <msup> <mi>j&amp;pi;kt</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msup> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>k</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mi>&amp;tau;</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msup> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>sin</mi> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mrow> <mo>-</mo> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>k</mi> <mi>t</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>T</mi> <mo>+</mo> <mi>&amp;tau;</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>k</mi> <mi>t</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>T</mi> <mo>+</mo> <mi>&amp;tau;</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mfrac> <mrow> <mi>T</mi> <mo>+</mo> <mi>&amp;tau;</mi> </mrow> <mi>T</mi> </mfrac> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>k</mi> <mi>&amp;tau;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>T</mi> <mo>-</mo> <mi>&amp;tau;</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
当0≤τ<T时，自相关函数表示为：
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于是，单周期锯齿波线性调频信号自相关函数的幅值为，
由上述二式，当τ＝0和τ＝T时，得到|Ru(τ)|的最大值，即自相关峰值。
5.根据权利要求3所述的参数提取方法，其特征在于，所述(22)初始位置确定步骤包括：
(221)时频分布图获取：在接收的信号中截取长度为三个周期的信号，对其做短时傅里叶变换后，得到信号对应的时频分布图；
(222)终点位置坐标确定：在[T,3T]范围内对函数进行最大值的搜索，找出最大值所对应横坐标位置，即为信号的终点位置坐标te；
(223)初始位置获取：根据终点位置坐标te和信号周期长度T，确定该周期内信号的初始位置，即ts＝te-T，截取[ts,te]内信号，作为一个完整的单周期信号，供制式识别。
6.根据权利要求3所述的参数提取方法，其特征在于，所述(23)调制制式识别步骤包括：
(231)分数阶频域谱构建：在一定范围内，均匀地选取N个数值，
p＝0,Δp,2Δp…,(N-1)Δp，
分别作为N次分数阶傅立叶变换的阶数，将N次变换中所获得的N个最大值，共同构成一个分数阶频域谱；
(232)信号制式识别：搜索分数阶频域谱中的最大值σf，根据统计概率设置一个阈值门限σd；当σf>σd时，判断信号为锯齿波线性调频信号；
(233)峰值变换阶确定：找到峰值σf处对应的横坐标，即为峰值变换阶pf。
7.根据权利要求1所述的参数提取方法，其特征在于，所述(30)信号参数提取步骤包括：
(31)提取调制周期：将数字信号的周期T作为调制周期TM，即
TM＝T；
(32)提取调制斜率：按下式提取调制斜率k，
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式中，Fs为采样率，N为信号点数，pf为峰值变换阶数
(33)提取载波频率：按下式提取载波频率f0，
f0＝arg{max{fft[s(t)·exp(-jπkt2)]}}，
式中，s(t)锯为齿连续波线性调频信号，fft()为对信号做傅立叶变换，max()为取最大值，arg()为求取反函数；
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(34)提取幅值：按下式提取幅值，
A＝|s(t)·exp(-j·[2πf0t+πk·t2])|/T，
(35)提取初始相位：按下式提取初始相位，
ph()为对信号取相位。
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