CN110764062B - 基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计方法。所述方法包括：根据预先获取的外辐射源直达波，建立线性调频信号的参数模板库，然后当接收到回波信号时，根据各个线性调频信号分量的模板脉冲宽度，确定观测帧长度，在所述参数模板库中进行匹配，得到回波信号中各个线性调频信号分量的实时脉冲宽度和实时调频斜率，针对每个匹配的线性调频信号分量，根据上升沿时间确定线性调频信号分量的脉冲到达时间，以及确定线性调频信号分量的实时中心频率，输出多分量线性调频信号中各个线性调频信号分量的脉冲到达时间、实时脉冲宽度、实时调频斜率以及实时中心频率。采用本方法能够准确估计出每个线性调频信号分量参数。
Description
技术领域
本申请涉及雷达信号处理技术领域，特别是涉及一种基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计方法。
背景技术
在越来越强调电子系统隐蔽攻击和硬杀伤功能的驱使下，无源探测技术为对空间目标隐蔽探测和精确定轨提供了十分重要的手段。基于非合作雷达辐射源的无源雷达系统通过估计接收到的非合作辐射源发射的直达波信号的参数，构建匹配滤波器，检测和分析目标反射辐射源发射的信号能量，从而实现对目标的定位和跟踪。因此，准确快速的估计出非合作辐射源直达波的参数是无源雷达完成检测和跟踪任务的前提。
LFM信号是一种应用非常广泛的非平稳外辐射源信号，LFM信号的低截获概率特性也是其广泛应用在各个雷达体制中的重要原因。本发明研究的非合作外辐射源信号为LFM信号，针对LFM信号参数估计问题，目前国内外已有许多理论成熟的算法，但大都无法直接应用于工程实践，目前工程上应用较多的方法主要有基于最大似然估计的模板匹配方法，即通过构造参数模板对回波信号进行dechirp，但该方法不适用于解决多分量问题；另一类方法是基于时频图像的方法，然而对于线性的时频变换如短时傅里叶变换不适用于低噪声背景(SNR<0dB),时频分辨率较低，双线性变换如魏格纳分布又受交叉项影响。因此工程上，对于多分量LFM信号尤其是时频混叠且时间不同步的多分量LFM信号缺少高效准确的估计算法。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决多分量线性调频信号的参数估计不准确问题的基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计方法。
一种基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计方法，所述方法包括：
根据预先获取的外辐射源直达波，建立线性调频信号的参数模板库；所述参数模板库中包括：所述线性调频信号对应各个线性调频信号分量的模板参数；所述模板参数包括：模板调频斜率、模板脉冲宽度以及模板中心频率；
当接收到回波信号时，根据各个线性调频信号分量的所述模板脉冲宽度，确定观测帧长度；
根据所述模板调频斜率设置分数阶傅里叶变换的阶数，对所述观测帧进行所述阶数的分数阶傅里叶变换，得到出现线性调频信号分量对应的特征参数的实时连续观测帧长度；
根据所述实时连续观测帧长度，在所述参数模板库中进行匹配，得到回波信号中各个线性调频信号分量的实时脉冲宽度和实时调频斜率；
针对每个匹配的线性调频信号分量，对实时连续观测帧长度的起始帧进行逆分数阶傅里叶变换，根据上升沿时间确定所述线性调频信号分量的脉冲到达时间；
获取所述实时连续观测帧长度中任意一帧的起始时间以及直线中心频率；
根据所述观测帧长度、所述脉冲到达时间、所述实时调频斜率、所述实时脉冲宽度、任意一帧的起始时间以及直线中心频率，确定线性调频信号分量的实时中心频率；
输出多分量线性调频信号中各个线性调频信号分量的脉冲到达时间、实时脉冲宽度、实时调频斜率以及实时中心频率。
在其中一个实施例中，还包括：根据预先获取的外辐射源直达波的脉冲宽度，确定模板观测帧长度；针对每个观测帧，获取各个线性调频信号分量的模板调频斜率和直线中心频率，并且记录出现模板特征参数相同的模板连续观测帧长度；通过逆分数阶傅里叶变换的方式，将每个线性调频信号分量从观测帧中进行分离；针对分离出来的每一个线性调频信号分量，在其模板连续观测帧长度中线性调频信号分量的脉冲宽度，确定线性调频信号分量在线性调频信号中的模板脉冲宽度，以及根据模板连续观测帧长度中起始帧中上升沿时间确定模板脉冲到达时间；根据模板调频斜率和直线中心频率，确定模板中心频率；制作各个线性调频信号分量包含模板调频斜率、模板脉冲宽度以及模板中心频率的参数模板库。
在其中一个实施例中，还包括：以第一步进在预先设置的第一数值范围中进行搜索，得到每个线性调频信号分量对应的初始阶数；根据所述初始阶数，构建对应于每个线性调频信号分量对应的第二数值范围，以第二步进，在所述第二数值范围中进行搜索，得到每个线性调频信号分量对应的精确阶数；根据所述精确阶数，计算各个线性调频信号分量对应的模板调频斜率以及直线中心频率。
在其中一个实施例中，还包括：通过预先设置的带通滤波器将频域上的所述线性调频信号分量从观测帧中分离，将分离后的线性调频信号分量进行逆分数阶傅里叶变换，得到时域上的单分量线性调频信号。
在其中一个实施例中，还包括：分别检测所述模板连续观测帧长度中起始帧和结束帧中线性调频信号分量对应的第一脉冲宽度和第二脉冲宽度；将第一脉冲宽度、第二脉冲宽度以及剔除起始帧和结束帧的模板连续观测帧长度累加，得到模板脉冲宽度；根据模板连续观测帧长度中起始帧中上升沿时间确定模板脉冲到达时间。
在其中一个实施例中，还包括：选择指定线性调频信号分量的任意一帧，记录任意一帧的起始时间和直线中心频率；根据所述模板观测帧长度、所述模板脉冲宽度、所述起始时间、所述模板脉冲到达时间以及所述直线中心频率，确定模板中心频率。
在其中一个实施例中，还包括：根据所述模板调频斜率设置分数阶傅里叶变换的阶数，对每个所述阶数设置分数阶傅里叶变换通道；接收到观测帧时，采用多通道对所述观测帧进行分数阶傅里叶变换。
一种基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计装置，所述装置包括：
模板库建立模块，用于根据预先获取的外辐射源直达波，建立线性调频信号的参数模板库；所述参数模板库中包括：所述线性调频信号对应各个线性调频信号分量的模板参数；所述模板参数包括：模板调频斜率、模板脉冲宽度以及模板中心频率；
匹配模块，用于当接收到回波信号时，根据各个线性调频信号分量的所述模板脉冲宽度，确定观测帧长度；根据所述模板调频斜率设置分数阶傅里叶变换的阶数，对所述观测帧进行所述阶数的分数阶傅里叶变换，得到出现线性调频信号分量对应的特征参数的实时连续观测帧长度；根据所述实时连续观测帧长度，在所述参数模板库中进行匹配，得到回波信号中各个线性调频信号分量的实时脉冲宽度和实时调频斜率；针对每个匹配的线性调频信号分量，对实时连续观测帧长度的起始帧进行逆分数阶傅里叶变换，根据上升沿时间确定所述线性调频信号分量的脉冲到达时间；获取所述实时连续观测帧长度中任意一帧的起始时间以及直线中心频率；根据所述观测帧长度、所述脉冲到达时间、所述实时调频斜率、所述实时脉冲宽度、任意一帧的起始时间以及直线中心频率，确定线性调频信号分量的实时中心频率；
输出模块，用于输出多分量线性调频信号中各个线性调频信号分量的脉冲到达时间、实时脉冲宽度、实时调频斜率以及实时中心频率。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
根据预先获取的外辐射源直达波，建立线性调频信号的参数模板库；所述参数模板库中包括：所述线性调频信号对应各个线性调频信号分量的模板参数；所述模板参数包括：模板调频斜率、模板脉冲宽度以及模板中心频率；
当接收到回波信号时，根据各个线性调频信号分量的所述模板脉冲宽度，确定观测帧长度；
根据所述模板调频斜率设置分数阶傅里叶变换的阶数，对所述观测帧进行所述阶数的分数阶傅里叶变换，得到出现线性调频信号分量对应的特征参数的实时连续观测帧长度；
根据所述实时连续观测帧长度，在所述参数模板库中进行匹配，得到回波信号中各个线性调频信号分量的实时脉冲宽度和实时调频斜率；
针对每个匹配的线性调频信号分量，对实时连续观测帧长度的起始帧进行逆分数阶傅里叶变换，根据上升沿时间确定所述线性调频信号分量的脉冲到达时间；
获取所述实时连续观测帧长度中任意一帧的起始时间以及直线中心频率；
根据所述观测帧长度、所述脉冲到达时间、所述实时调频斜率、所述实时脉冲宽度、任意一帧的起始时间以及直线中心频率，确定线性调频信号分量的实时中心频率；
输出多分量线性调频信号中各个线性调频信号分量的脉冲到达时间、实时脉冲宽度、实时调频斜率以及实时中心频率。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据预先获取的外辐射源直达波，建立线性调频信号的参数模板库；所述参数模板库中包括：所述线性调频信号对应各个线性调频信号分量的模板参数；所述模板参数包括：模板调频斜率、模板脉冲宽度以及模板中心频率；
当接收到回波信号时，根据各个线性调频信号分量的所述模板脉冲宽度，确定观测帧长度；
根据所述模板调频斜率设置分数阶傅里叶变换的阶数，对所述观测帧进行所述阶数的分数阶傅里叶变换，得到出现线性调频信号分量对应的特征参数的实时连续观测帧长度；
根据所述实时连续观测帧长度，在所述参数模板库中进行匹配，得到回波信号中各个线性调频信号分量的实时脉冲宽度和实时调频斜率；
针对每个匹配的线性调频信号分量，对实时连续观测帧长度的起始帧进行逆分数阶傅里叶变换，根据上升沿时间确定所述线性调频信号分量的脉冲到达时间；
获取所述实时连续观测帧长度中任意一帧的起始时间以及直线中心频率；
根据所述观测帧长度、所述脉冲到达时间、所述实时调频斜率、所述实时脉冲宽度、任意一帧的起始时间以及直线中心频率，确定线性调频信号分量的实时中心频率；
输出多分量线性调频信号中各个线性调频信号分量的脉冲到达时间、实时脉冲宽度、实时调频斜率以及实时中心频率。
上述基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计方法、装置、计算机设备和存储介质，在进行实时参数估计的过程中，由于没有先验参数知识背景，因此，通过预处理的方式，估计外辐射源直达波的参数，从而建立参数模板库，在制作好模板库之后，与回波信号进行实时匹配，实现时频同步。本发明实施例继承了分数阶傅里叶变换的高估计精度的优点；并通过模板匹配的方法，在实时处理回波数据时只在有限个分数阶上进行分数阶傅里叶变换，提高了运算效率；另外，通过分数阶傅里叶变换和逆分数阶傅里叶变换时频滤波的方法，将时频混叠且时间不同步的多分量线性调频信号分解单分量线性调频信号，进而准确估计出每个分量参数。
附图说明
图1为一个实施例中基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计方法的流程示意图；
图2为一个实施例中建立参数模板库步骤的流程示意图；
图3为一个实施例中9通路参数估计的示意性流程图；
图4为一个实施例中pi阶分数阶傅里叶变换处理的流程框架；
图5为一个实施例中基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计装置的结构框图；
图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计方法，包括以下步骤：
步骤102，根据预先获取的外辐射源直达波，建立线性调频信号的参数模板库。
参数模板库中包括：线性调频信号对应各个线性调频信号分量的模板参数，模板参数包括：模板调频斜率、模板脉冲宽度以及模板中心频率。
参数模板中各个参数以数据的形式存在，可以直接被终端进行调用。
步骤104，当接收到回波信号时，根据各个线性调频信号分量的模板脉冲宽度，确定观测帧长度。
分析参数模板库中所有chirp分量(线性调频信号分量)的脉冲宽度，以可以使不同脉冲宽度占有不同数量的观测帧为目的，选择合适的观测帧长度。
具体的，在一个实施例中，三种脉冲宽度所占的采样点数分别为6000、60000和600000，若取观测帧长度为8192/Fs，Fs为采样频率，本例中取Fs＝60MHz，则三种脉冲宽度可能占有的连续观测帧数如下表所示：
| 脉宽 | 所占观测帧 |
| 100us | 1,2 |
| 1ms | 8,9 |
| 10ms | 73,74 |
值得说明的是，观测帧长度选择不唯一，可以根据实际需求进行选择。
步骤106，根据模板调频斜率设置分数阶傅里叶变换的阶数，对观测帧进行阶数的分数阶傅里叶变换，得到出现线性调频信号分量对应的特征参数的实时连续观测帧长度。
实时连续观测帧长度指的是，在当前帧观测到线性调频信号分量，然后连续观测该线性调频信号分量，直到该线性调频信号分量消失为止，得到的连续观测帧长度。
步骤108，根据实时连续观测帧长度，在参数模板库中进行匹配，得到回波信号中各个线性调频信号分量的实时脉冲宽度和实时调频斜率。
由于在某一模板调频斜率下，得到的实时连续观测帧长度与参数模板库中的模板连续观测帧长度相同，则可以确定二者相同，从而确定回波信号中各个线性调频信号分量的实时脉冲宽度和实时调频斜率。
步骤110，针对每个匹配的线性调频信号分量，对实时连续观测帧长度的起始帧进行逆分数阶傅里叶变换，根据上升沿时间确定线性调频信号分量的脉冲到达时间。
步骤112，获取实时连续观测帧长度中任意一帧的起始时间以及直线中心频率，根据观测帧长度、脉冲到达时间、实时调频斜率、实时脉冲宽度、任意一帧的起始时间以及直线中心频率，确定线性调频信号分量的实时中心频率。
步骤114，输出多分量线性调频信号中各个线性调频信号分量的脉冲到达时间、实时脉冲宽度、实时调频斜率以及实时中心频率。
上述基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计方法中，在进行实时参数估计的过程中，由于没有先验参数知识背景，因此，通过预处理的方式，估计外辐射源直达波的参数，从而建立参数模板库，在制作好模板库之后，与回波信号进行实时匹配，实现时频同步。本发明实施例继承了分数阶傅里叶变换的高估计精度的优点；并通过模板匹配的方法，在实时处理回波数据时只在有限个分数阶上进行分数阶傅里叶变换，提高了运算效率；另外，通过分数阶傅里叶变换和逆分数阶傅里叶变换时频滤波的方法，将时频混叠且时间不同步的多分量线性调频信号分解单分量线性调频信号，进而准确估计出每个分量参数。
在其中一个实施例中，如图2所示，建立参数模板库的步骤包括：
步骤202，根据预先获取的外辐射源直达波的脉冲宽度，确定模板观测帧长度。
工程应用中，硬件设备常常需要分帧处理高频波段的雷达信号，在有部分雷达信号脉冲宽度先验知识的情况下，例如，脉冲宽度的量级，可以按照1～2倍最小脉宽的长度来设置观测帧长度(单位：s)。
步骤204，针对每个观测帧，获取各个线性调频信号分量的模板调频斜率和直线中心频率，并且记录出现模板特征参数相同的模板连续观测帧长度。
步骤206，通过逆分数阶傅里叶变换的方式，将每个线性调频信号分量从观测帧中进行分离。
步骤208，针对分离出来的每一个线性调频信号分量，在其模板连续观测帧长度中线性调频信号分量的脉冲宽度，确定线性调频信号分量在线性调频信号中的模板脉冲宽度，以及根据模板连续观测帧长度中起始帧中上升沿时间确定模板脉冲到达时间。
步骤210，根据模板调频斜率和直线中心频率，确定模板中心频率。
步骤212，制作各个线性调频信号分量包含模板调频斜率、模板脉冲宽度以及模板中心频率的参数模板库。
对于步骤204，在其中一个实施例中，还可以以第一步进在预先设置的第一数值范围中进行搜索，得到每个线性调频信号分量对应的初始阶数；根据初始阶数，构建对应于每个线性调频信号分量对应的第二数值范围，以第二步进，在第二数值范围中进行搜索，得到每个线性调频信号分量对应的精确阶数，根据精确阶数，计算各个线性调频信号分量对应的模板调频斜率以及直线中心频率。本实施例中，阶数指的是进行分数阶傅里叶变换的阶数，将搜索步骤分为粗搜索和精细搜索两个步骤，从而准确的得到各个线性调频信号分量对应的精确阶数，进一步计算得到模板调频斜率以及直线中心频率。
具体的，线性调频信号的形式为：
其中，n(t)为加性高斯白噪声，τ为延时，nc表示线性调频信号分量个数，pw,i表示第i个线性调频信号分量的脉冲宽度，f0,i表示第i个线性调频信号分量的中心频率，μi表示第i个线性调频信号分量的调频斜率。
分数阶傅里叶变换的定义为：
其中，Kp(t,v)表示变换核。
对于线性调频信号分量的阶数P，首先进行粗搜索，具体步骤如下：
以第一步进遍历区间[0,2]，在每个P∈[0,2]下进行分数阶傅里叶变换，产生一个行向量Kp(v)，所有的行向量组成一个二维矩阵，之后在二维矩阵上搜索局部最大值，直线中心频率
即为当前帧所要粗测的参数，
可由局部极大值坐标(vi,pi)求得，
其次进行局部范围精细搜索：
以更小的第二步进，在
内搜索，得到每一个线性调频信号分量对应阶数的精确值
其中M表示阶数的分辨率，由此可以计算当前帧中线性调频信号分量的调频斜率为：
直线中心频率为：
一般情况下，随着观测帧的滑动，对于同一线性调频信号分量，
保持不变，
线性变化，因此，可以通过记录出现参数特征的连续观测帧的长度T∈[1,2,3......]来粗测脉冲宽度Pw,1。
对于步骤206，在其中一个实施例中，将每个线性调频信号分量从观测帧中进行分离的步骤可以是：通过预先设置的带通滤波器将频域上的线性调频信号分量从观测帧中分离，将分离后的线性调频信号分量进行逆分数阶傅里叶变换，得到时域上的单分量线性调频信号。
在具体实施例中，首选精确地估计对于整段波来说，起始帧和终止帧中线性调频信号分量的长度，各个线性调频信号分量在对应的阶数下表现为冲击函数Xpi(v)，带宽匹配条件为
如果在当前观测帧中时频图上，各个线性调频信号分量所在的直线不重合，即，
均不同，那么冲击函数可以采用中心为
的带通滤波器分离出来，进一步的，因为分数阶傅里叶变换是一种可逆无损的变换，因此滤波后的Xpi(v)，
可以通过逆分数阶傅里叶变换进行恢复，得到时域上的单分量线性调频信号，具体表达式如下：
对于步骤208，在其中一个实施例中，确定模板脉冲宽度和模板脉冲到达时间的步骤包括：分别检测模板连续观测帧长度中起始帧和结束帧中线性调频信号分量对应的第一脉冲宽度和第二脉冲宽度，将第一脉冲宽度、第二脉冲宽度以及剔除起始帧和结束帧的模板连续观测帧长度累加，得到模板脉冲宽度，根据模板连续观测帧长度中起始帧中上升沿时间确定模板脉冲到达时间。
在一个具体的实施例中，通过阈值检测的方法可以检测出起始帧和终止帧中的第一脉冲宽度、第二脉冲宽度，若模板连续观测帧长度为T，则模板脉冲宽度的表达式如下：
其中，Wo表示观测帧长度，
表示起始帧中脉冲宽度，
表示终止帧中脉冲宽度，
表示模板脉冲宽度。
至于模板脉冲到达时间可以根据起始帧中脉冲到达时间确定。
对于步骤210，在其中一个实施例中，确定模板中心频率的步骤包括：选择指定线性调频信号分量的任意一帧，记录任意一帧的起始时间和直线中心频率；根据模板观测帧长度、模板脉冲宽度、起始时间、模板脉冲到达时间以及直线中心频率，确定模板中心频率。
具体的，模板中心频率的表达式如下：
其中，
表示任意一帧的起始时间。
在其中一个实施例中，对所述观测帧进行阶数的分数阶傅里叶变换：根据模板调频斜率设置分数阶傅里叶变换的阶数，对每个阶数设置分数阶傅里叶变换通道，接收到观测帧时，采用多通道对观测帧进行分数阶傅里叶变换。
具体的，以仿真LFM信号为例，采样频率Fs为60MHz，宽带LFM信号带宽为{5MHz，10MHz，15MHz}，脉宽Pw，m∈{100us,1ms，10ms}，中心频率的选择满足奈奎斯特采样定理。假设这些参数已知，即，均为模板库中可选的参数，则可以设计9路通道对接收信号进行参数估计，9路通道分别对应不同的p，如图3所示，其中pi阶分数阶傅里叶变换处理的流程框架如图4所示。
在另一个具体实施例中，以仿真信号为例，了某个时间段内观测帧在回波信号上的滑动情况，信息如下：
第1帧出现两个窄带线性调频信号分量，记为S1，S2，都于第8帧消失。
第3帧出现一个宽带线性调频信号分量，记为S3，仅存在于第3帧。
在本例中，在预先设计好的9个通道中，有3个通道在这段信号上表现出冲击特性。匹配流程如图4所示：在每个通道对应的p阶分数阶傅立叶域上进行局部极大值检测；若检测到满足阈值条件的极大值，则记录其横坐标
并记录出现连续峰值的观测帧的长度T，若跟踪的峰值消失时，满足脉宽匹配T∈模版，则完成匹配，否则不匹配，继续寻找下一个满足条件的线性调频信号分量；此外，对于窄带线性调频信号分量，因为其调频斜率接近于0，分量间p的区别度有限(这是由余切函数的性质决定的)，一个窄带分量可能在另一个窄带分量对应的分数阶傅里叶变换域也表现出冲击特性，产生虚假的峰值，S1，S2，通道1和通道2中会出现两个峰值。因此，匹配准则中又引入了另一个判决准则，即，带宽匹配，若峰值消失时，
则完全匹配。本例中，通道1中的两个峰值都满足T＝8，符合1ms脉冲匹配条件，但两个线性调频信号分量的
分别等于9.555MHz和5.12MHz，显然，前者是完全匹配的，是一个10MHz/1ms脉冲，而后者更有可能是一个5MHz/1ms脉冲，它在通道1中被筛选掉，相反地，在通道2中被检测出来。类似S3这种宽带脉冲，则不存在窄带脉冲这种区分模糊的问题，它在通道3中很轻松的完成匹配。
应该理解的是，虽然图1和2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1和2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计装置，包括：模板库建立模块502、匹配模块504和输出模块506，其中：
模板库建立模块502，用于根据预先获取的外辐射源直达波，建立线性调频信号的参数模板库；所述参数模板库中包括：所述线性调频信号对应各个线性调频信号分量的模板参数；所述模板参数包括：模板调频斜率、模板脉冲宽度以及模板中心频率；
匹配模块504，用于当接收到回波信号时，根据各个线性调频信号分量的所述模板脉冲宽度，确定观测帧长度；根据所述模板调频斜率设置分数阶傅里叶变换的阶数，对所述观测帧进行所述阶数的分数阶傅里叶变换，得到出现线性调频信号分量对应的特征参数的实时连续观测帧长度；根据所述实时连续观测帧长度，在所述参数模板库中进行匹配，得到回波信号中各个线性调频信号分量的实时脉冲宽度和实时调频斜率；针对每个匹配的线性调频信号分量，对实时连续观测帧长度的起始帧进行逆分数阶傅里叶变换，根据上升沿时间确定所述线性调频信号分量的脉冲到达时间；获取所述实时连续观测帧长度中任意一帧的起始时间以及直线中心频率；根据所述观测帧长度、所述脉冲到达时间、所述实时调频斜率、所述实时脉冲宽度、任意一帧的起始时间以及直线中心频率，确定线性调频信号分量的实时中心频率；
输出模块506，用于输出多分量线性调频信号中各个线性调频信号分量的脉冲到达时间、实时脉冲宽度、实时调频斜率以及实时中心频率。
在其中一个实施例中，根据预先获取的外辐射源直达波的脉冲宽度，确定模板观测帧长度；针对每个观测帧，获取各个线性调频信号分量的模板调频斜率和直线中心频率，并且记录出现模板特征参数相同的模板连续观测帧长度；通过逆分数阶傅里叶变换的方式，将每个线性调频信号分量从观测帧中进行分离；针对分离出来的每一个线性调频信号分量，在其模板连续观测帧长度中线性调频信号分量的脉冲宽度，确定线性调频信号分量在线性调频信号中的模板脉冲宽度，以及根据模板连续观测帧长度中起始帧中上升沿时间确定模板脉冲到达时间；根据模板调频斜率和直线中心频率，确定模板中心频率；制作各个线性调频信号分量包含模板调频斜率、模板脉冲宽度以及模板中心频率的参数模板库。
在其中一个实施例中，以第一步进在预先设置的第一数值范围中进行搜索，得到每个线性调频信号分量对应的初始阶数；根据所述初始阶数，构建对应于每个线性调频信号分量对应的第二数值范围，以第二步进，在所述第二数值范围中进行搜索，得到每个线性调频信号分量对应的精确阶数；根据所述精确阶数，计算各个线性调频信号分量对应的模板调频斜率以及直线中心频率。
在其中一个实施例中，通过预先设置的带通滤波器将频域上的所述线性调频信号分量从观测帧中分离，将分离后的线性调频信号分量进行逆分数阶傅里叶变换，得到时域上的单分量线性调频信号。
在其中一个实施例中，分别检测所述模板连续观测帧长度中起始帧和结束帧中线性调频信号分量对应的第一脉冲宽度和第二脉冲宽度；将第一脉冲宽度、第二脉冲宽度以及剔除起始帧和结束帧的模板连续观测帧长度累加，得到模板脉冲宽度；根据模板连续观测帧长度中起始帧中上升沿时间确定模板脉冲到达时间。
在其中一个实施例中，选择指定线性调频信号分量的任意一帧，记录任意一帧的起始时间和直线中心频率；根据所述模板观测帧长度、所述模板脉冲宽度、所述起始时间、所述模板脉冲到达时间以及所述直线中心频率，确定模板中心频率。
在其中一个实施例中，根据所述模板调频斜率设置分数阶傅里叶变换的阶数，对每个所述阶数设置分数阶傅里叶变换通道；接收到观测帧时，采用多通道对所述观测帧进行分数阶傅里叶变换。
关于基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计装置的具体限定可以参见上文中对于基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计方法的限定，在此不再赘述。上述基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述实施例中方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计方法，所述方法包括：
根据预先获取的外辐射源直达波，建立线性调频信号的参数模板库；所述参数模板库中包括：所述线性调频信号对应各个线性调频信号分量的模板参数；所述模板参数包括：模板调频斜率、模板连续观测帧长度、模板脉冲宽度以及模板中心频率；
当接收到回波信号时，根据各个线性调频信号分量的所述模板脉冲宽度，确定观测帧长度；
根据所述模板调频斜率设置分数阶傅里叶变换的阶数，对观测帧进行所述阶数的分数阶傅里叶变换，得到出现线性调频信号分量对应的特征参数时的实时连续观测帧长度；根据所述实时连续观测帧长度，在所述参数模板库中进行匹配，得到回波信号中各个线性调频信号分量的实时脉冲宽度和实时调频斜率；
针对每个匹配的线性调频信号分量，对实时连续观测帧长度的起始帧进行逆分数阶傅里叶变换，根据上升沿时间确定所述线性调频信号分量的脉冲到达时间；所述上升沿时间是实时连续观测帧长度中起始帧的上升沿时间；
获取所述实时连续观测帧长度中任意一帧的起始时间以及直线中心频率；
根据所述观测帧长度、所述脉冲到达时间、所述实时调频斜率、所述实时脉冲宽度、任意一帧的起始时间以及直线中心频率，确定线性调频信号分量的实时中心频率；
输出多分量线性调频信号中各个线性调频信号分量的脉冲到达时间、实时脉冲宽度、实时调频斜率以及实时中心频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预先获取的外辐射源直达波，建立线性调频信号的参数模板库，包括：
根据预先获取的外辐射源直达波的脉冲宽度，确定模板观测帧长度；
针对每个观测帧，获取各个线性调频信号分量的模板调频斜率和直线中心频率，并且记录出现模板特征参数相同的模板连续观测帧长度；
通过逆分数阶傅里叶变换的方式，将每个线性调频信号分量从观测帧中进行分离；
针对分离出来的每一个线性调频信号分量，根据模板连续观测帧长度中所述线性调频信号分量的脉冲宽度，确定线性调频信号分量在线性调频信号中的模板脉冲宽度，以及根据模板连续观测帧长度中起始帧中上升沿时间确定模板脉冲到达时间；
根据模板调频斜率和直线中心频率，确定模板中心频率；
制作各个线性调频信号分量包含模板调频斜率、模板脉冲宽度以及模板中心频率的参数模板库。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述针对每个观测帧，获取各个线性调频信号分量的模板调频斜率和直线中心频率，并且记录出现模板特征参数相同的模板连续观测帧长度，包括：
以第一步进在预先设置的第一数值范围中进行搜索，得到每个线性调频信号分量对应的初始阶数；
根据所述初始阶数，构建对应于每个线性调频信号分量对应的第二数值范围，以第二步进，在所述第二数值范围中进行搜索，得到每个线性调频信号分量对应的精确阶数；
根据所述精确阶数，计算各个线性调频信号分量对应的模板调频斜率以及直线中心频率。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过逆分数阶傅里叶变换的方式，将每个线性调频信号分量从观测帧中进行分离，包括：
通过预先设置的带通滤波器将频域上的所述线性调频信号分量从观测帧中分离，将分离后的线性调频信号分量进行逆分数阶傅里叶变换，得到时域上的单分量线性调频信号。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述针对分离出来的每一个线性调频信号分量，根据模板连续观测帧长度中所述线性调频信号分量的脉冲宽度，确定线性调频信号分量在线性调频信号中的模板脉冲宽度，以及根据模板连续观测帧长度中起始帧中上升沿时间确定模板脉冲到达时间，包括：
分别检测所述模板连续观测帧长度中起始帧和结束帧中线性调频信号分量对应的第一脉冲宽度和第二脉冲宽度；
将第一脉冲宽度、第二脉冲宽度以及剔除起始帧和结束帧的模板连续观测帧长度累加，得到模板脉冲宽度；
根据模板连续观测帧长度中起始帧中上升沿时间确定模板脉冲到达时间。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据模板调频斜率和直线中心频率，确定模板中心频率，包括：
选择指定线性调频信号分量的任意一帧，记录任意一帧的起始时间和直线中心频率；
根据所述模板观测帧长度、所述模板脉冲宽度、记录任意一帧的起始时间和直线中心频率、所述模板脉冲到达时间，确定模板中心频率。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，根据所述模板调频斜率设置分数阶傅里叶变换的阶数，对所述观测帧进行所述阶数的分数阶傅里叶变换，包括：
根据所述模板调频斜率设置分数阶傅里叶变换的阶数，对每个所述阶数设置分数阶傅里叶变换通道；
接收到观测帧时，采用多通道对所述观测帧进行分数阶傅里叶变换。
8.一种基于分数阶傅里叶域滤波的多分量线性调频信号参数估计装置，其特征在于，所述装置包括：
模板库建立模块，用于根据预先获取的外辐射源直达波，建立线性调频信号的参数模板库；所述参数模板库中包括：所述线性调频信号对应各个线性调频信号分量的模板参数；所述模板参数包括：模板调频斜率、模板连续观测帧长度、模板脉冲宽度以及模板中心频率；
匹配模块，用于当接收到回波信号时，根据各个线性调频信号分量的所述模板脉冲宽度，确定观测帧长度；根据所述模板调频斜率设置分数阶傅里叶变换的阶数，对观测帧进行所述阶数的分数阶傅里叶变换，得到出现线性调频信号分量对应的特征参数时的实时连续观测帧长度；根据所述实时连续观测帧长度，在所述参数模板库中进行匹配，得到回波信号中各个线性调频信号分量的实时脉冲宽度和实时调频斜率；针对每个匹配的线性调频信号分量，对实时连续观测帧长度的起始帧进行逆分数阶傅里叶变换，根据上升沿时间确定所述线性调频信号分量的脉冲到达时间；所述上升沿时间是实时连续观测帧长度中起始帧的上升沿时间；获取所述实时连续观测帧长度中任意一帧的起始时间以及直线中心频率；根据所述观测帧长度、所述脉冲到达时间、所述实时调频斜率、所述实时脉冲宽度、任意一帧的起始时间以及直线中心频率，确定线性调频信号分量的实时中心频率；
输出模块，用于输出多分量线性调频信号中各个线性调频信号分量的脉冲到达时间、实时脉冲宽度、实时调频斜率以及实时中心频率。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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