CN113627398A - 一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法 - Google Patents

一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法 Download PDF

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CN113627398A CN202111183426.1A CN202111183426A CN113627398A CN 113627398 A CN113627398 A CN 113627398A CN 202111183426 A CN202111183426 A CN 202111183426A CN 113627398 A CN113627398 A CN 113627398A
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Abstract

本发明公开了一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法，本发明在传统基于信号正交变换的基础上，采用滤波器中心频点可变、带宽可变的重构滤波方式得到单边带滤波器。通过卷积的方式对信号进行正交变换，得到同相和正交信号。在对正交变换之后的参考信号与回波信号进行共轭运算、用每一个点的虚部和实部进行相位计算，对相位进行矫正。最后用相邻两个脉冲信号对应的相位差，采用求平均值的方法，得到两个脉冲的平均相位。在用平均相位，获取多普勒。本发明在满足滤波器系数不变化的前提下，可以灵活的变化滤波器带宽，得到需要有用且正交性非常好的复数信号，用于后面的实时处理。

Description

一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法
技术领域
本发明属于信号处理领域，具体涉及一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法。
背景技术
信号特征检测在导航通讯、电子对抗、侦查检测等的应用非常广泛。常用的数字信号相位检测方法通常分为两种：频域内进行检测与时域检测。频域检测的方法是对信号做FFT变换，从而在频域单边带里面，提取相位信息，然而频域检测工程难度相对较大，而且资源消耗较多。时域检测的方法是用正交变换的方式进行对信号正交分解，而后在进行相关的信号处理方法，获取信号特征。传统正交分解的方法是希尔伯特变换方法，然而，这种方法对于宽带信号则效果很差。以及数字下变频方法，但是当信号带宽在变化时，这种方法需要重新设计滤波器，这样，滤波器系数会发生变化，在工程实现中，将会浪费资源量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法，可以根据信号带宽范围、调节滤波器带宽，降低资源量。并通过对相位修正，提取多普勒，而后基于多普勒校正相位，来且满足实时性要求。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
S1，产生通带范围在
Figure DEST_PATH_IMAGE001
的线性调频信号
Figure 100796DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
S2，建立重构低通滤波器
Figure 549095DEST_PATH_IMAGE004
，基于重构低通滤波器
Figure 859990DEST_PATH_IMAGE004
构建滤波器组，计算归一化系数
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，结合归一化系数
Figure 786358DEST_PATH_IMAGE005
构建单边带带通滤波器
Figure 131889DEST_PATH_IMAGE006
；
S3，采用单边带带通滤波器
Figure 954351DEST_PATH_IMAGE006
对线性调频信号
Figure 752543DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 951443DEST_PATH_IMAGE003
进行滤波；
S4，根据滤波后的线性调频信号计算相位
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
S5，确定提取多普勒的线性调频信号索引位置
Figure 151480DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
S6，采用线性调频信号索引位置
Figure 207161DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 961490DEST_PATH_IMAGE009
对相位
Figure 229661DEST_PATH_IMAGE007
进行后处理修正，得到相位
Figure 753046DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；
S7，提取多普勒
Figure 714049DEST_PATH_IMAGE012
；
S8，基于多普勒
Figure 486833DEST_PATH_IMAGE012
对相位
Figure 293115DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 936586DEST_PATH_IMAGE011
进行校正，完成检测。
线性调频信号
Figure 802910DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 531832DEST_PATH_IMAGE003
的表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
Figure 141805DEST_PATH_IMAGE014
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 702099DEST_PATH_IMAGE003
表示参考信号，
Figure 473746DEST_PATH_IMAGE002
表示实际接收信号，K表示斜率，K=B/T，B表示带宽，当B=0则表示点频，T表示脉冲宽度，
Figure 955543DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 838048DEST_PATH_IMAGE002
同时发送，
Figure 721691DEST_PATH_IMAGE003
直接进入进接收机进行处理，
Figure 664239DEST_PATH_IMAGE002
则经过发射、遇到障碍物被反射回来，再进入接收机进行处理。
S2的具体方法如下：
建立重构低通滤波器
Figure 367753DEST_PATH_IMAGE004
时，表达式如下：
Figure 319528DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
令
Figure 323256DEST_PATH_IMAGE018
表示加窗函数，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
表示滤波器长度；
基于重构低通滤波器
Figure 967864DEST_PATH_IMAGE004
构建滤波器组，表达式如下：
Figure 893095DEST_PATH_IMAGE020
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE021
；
计算归一化系数
Figure 648561DEST_PATH_IMAGE005
：
Figure 506796DEST_PATH_IMAGE022
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE023
表示DFT变换点数；
根据信号带宽构建单边带带通滤波器
Figure 56726DEST_PATH_IMAGE024
；
设
Figure DEST_PATH_IMAGE025
表示采样频率，数字信号的所在频带为
Figure 411DEST_PATH_IMAGE001
；
则
Figure 559569DEST_PATH_IMAGE026
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE027
中心频点小于
Figure 272310DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
中心频点大于
Figure 258720DEST_PATH_IMAGE030
。
相位
Figure DEST_PATH_IMAGE031
的计算方法如下：
Figure 424122DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure 521391DEST_PATH_IMAGE034
为单边带带通滤波器
Figure 823060DEST_PATH_IMAGE024
对线性调频信号s(n)滤波后的脉冲周期信号，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 980372DEST_PATH_IMAGE036
为单边带带通滤波器
Figure 633070DEST_PATH_IMAGE024
对线性调频信号
Figure 2871DEST_PATH_IMAGE003
滤波后的脉冲周期信号。
确定提取多普勒的线性调频信号索引位置
Figure 690205DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 487259DEST_PATH_IMAGE009
的具体方法如下：
设
Figure DEST_PATH_IMAGE037
表示待检测点索引，
Figure 361674DEST_PATH_IMAGE038
表示参考点索引,且
Figure DEST_PATH_IMAGE039
，M是一个正整数；如果
Figure 66325DEST_PATH_IMAGE040
，T是一个正数，则
Figure DEST_PATH_IMAGE041
表示脉冲信号的起始位置；
确定相邻两个脉冲信号的起始位置，并且将上一个脉冲信号的起始位置记为
Figure 139323DEST_PATH_IMAGE042
，当前脉冲信号的起始位置记为
Figure DEST_PATH_IMAGE043
；
设
Figure 904017DEST_PATH_IMAGE044
表示待检测点索引，
Figure 149DEST_PATH_IMAGE038
表示参考点索引,且
Figure DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 242912DEST_PATH_IMAGE046
是一个正整数；如果
Figure DEST_PATH_IMAGE047
，T是一个正数，则
Figure 373679DEST_PATH_IMAGE041
表示脉冲信号的结束位置；
确定相邻两个脉冲信号的结束位置，并且将上一个脉冲信号的结束位置记为
Figure 309274DEST_PATH_IMAGE048
，当前脉冲信号的结束位置记为
Figure DEST_PATH_IMAGE049
；
最终得到上一个脉冲信号的索引集合
Figure 158281DEST_PATH_IMAGE008
，以及当前脉冲的索引集合
Figure 407997DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 190008DEST_PATH_IMAGE050
。
S6中的修正方法如下：
对于
Figure DEST_PATH_IMAGE051
，设第一个值为参考值，设
Figure 30925DEST_PATH_IMAGE052
，若后一个值加
Figure DEST_PATH_IMAGE053
小于该值，则从后一个值开始，每一个
Figure 367228DEST_PATH_IMAGE054
值以及
Figure DEST_PATH_IMAGE055
的值都加360°；否则，保持
Figure 217373DEST_PATH_IMAGE054
值以及
Figure 588311DEST_PATH_IMAGE055
的值不变；
将第二个值设为参考值，若后一个值加
Figure 68971DEST_PATH_IMAGE053
小于该值，则从后一个值开始，每一个
Figure 892571DEST_PATH_IMAGE054
值以及
Figure 749668DEST_PATH_IMAGE055
的值都加360°；否则，保持
Figure 975113DEST_PATH_IMAGE054
值以及
Figure 903972DEST_PATH_IMAGE055
的值不变；
以此类推，直到
Figure 949289DEST_PATH_IMAGE054
中倒数第二个值当做参考值处理，并进行相应处理之后，
Figure 141236DEST_PATH_IMAGE054
校正完毕，得到
Figure 690029DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure DEST_PATH_IMAGE057
；
若
Figure 309229DEST_PATH_IMAGE057
第一个值加
Figure 107421DEST_PATH_IMAGE053
小于
Figure 306321DEST_PATH_IMAGE056
最后一个值，则
Figure 240779DEST_PATH_IMAGE057
所有值加360°，否则保持
Figure 499722DEST_PATH_IMAGE057
所有值不变；
提取多普勒
Figure 785209DEST_PATH_IMAGE012
的方法如下：
当采用相邻脉冲串计算时：
Figure 522221DEST_PATH_IMAGE058
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE059
为参与计算后一段相位和的最后一个索引，
Figure 576765DEST_PATH_IMAGE060
为参与计算后一段相位和的第一个索引，
Figure DEST_PATH_IMAGE061
为参与计算前一段相位和的最后一个索引，
Figure 537768DEST_PATH_IMAGE062
为参与计算前一段相位和的第一个索引，
Figure DEST_PATH_IMAGE063
为
Figure 44972DEST_PATH_IMAGE064
，
Figure DEST_PATH_IMAGE065
为采样频率。
提取多普勒
Figure 116834DEST_PATH_IMAGE012
的方法如下：
当采用单独脉冲串计算：
Figure 291463DEST_PATH_IMAGE066
其中，
Figure 157788DEST_PATH_IMAGE062
为参与计算相位和的第一个索引，
Figure DEST_PATH_IMAGE067
为参与计算相位和的相位个数，
Figure 417868DEST_PATH_IMAGE065
为采样频率，
Figure 496682DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure DEST_PATH_IMAGE069
不大于所在当前脉冲信号的最后一个索引。
基于多普勒
Figure 525818DEST_PATH_IMAGE012
对相位
Figure 563044DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 779262DEST_PATH_IMAGE011
进行校正的方法如下：
Figure 192926DEST_PATH_IMAGE070
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE071
为经过校正后最终得到的回波信号与参考信号的相位，
Figure 76568DEST_PATH_IMAGE072
为索引集合
Figure 19117DEST_PATH_IMAGE008
中脉冲信号的结束位置，
Figure 988210DEST_PATH_IMAGE073
为索引集合
Figure 408827DEST_PATH_IMAGE009
中脉冲信号的结束位置，
Figure DEST_PATH_IMAGE074
为索引集合
Figure 412555DEST_PATH_IMAGE008
中上一个脉冲信号的起始位置，
Figure 791583DEST_PATH_IMAGE075
为索引集合
Figure 716814DEST_PATH_IMAGE009
中上一个脉冲信号的结束位置，
Figure DEST_PATH_IMAGE076
为
Figure 472281DEST_PATH_IMAGE077
，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
为相位索引。
与现有技术相比，本发明在传统基于信号正交变换的基础上，采用滤波器中心频点可变、带宽可变的重构滤波方式得到单边带滤波器。通过卷积的方式对信号进行正交变换，得到同相和正交信号。在对正交变换之后的参考信号与回波信号进行共轭运算、用每一个点的虚部和实部进行相位计算，对相位进行矫正。最后用相邻两个脉冲信号对应的相位差，采用求平均值的方法，得到两个脉冲的平均相位。在用平均相位，获取多普勒。本发明在满足滤波器系数不变化的前提下，可以灵活的变化滤波器带宽，得到需要有用且正交性非常好的复数信号，用于后面的实时处理。本发明能够根据滤波器长度以及未进行滤波的信号起始位置与末尾位置，就能确定需要计算相位的信号索引，并且对信号相位进行矫正。本发明采用相邻脉冲信号相位相干的方法，最终实时的得到回波信号的多普勒，并对基于多普勒相位进行进一步校正。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为信噪比30dB下信号时域波形与频谱图；其中，（a）为时域波形，（b）为频谱；
图3为滤波器幅度谱图；
图4为相位提取结果图；其中，（a）为校正前的相位差结果图，（b）为校正后的相位差结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，本发明包括以下步骤：
步骤一、产生通带范围在
Figure 330515DEST_PATH_IMAGE001
的线性调频信号
Figure 146024DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 89710DEST_PATH_IMAGE003
的表达式如下：
Figure 852129DEST_PATH_IMAGE013
（1-1）
Figure 564870DEST_PATH_IMAGE014
（1-2）
其中
Figure 551281DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 451104DEST_PATH_IMAGE003
表示参考信号，
Figure 548373DEST_PATH_IMAGE002
表示实际接收信号，K表示斜率，K=B/T，B表示带宽，当B=0则表示点频，T表示脉冲宽度，
Figure 584462DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 741774DEST_PATH_IMAGE002
同时发送，
Figure 128893DEST_PATH_IMAGE003
直接进入进接收机进行处理，
Figure 764273DEST_PATH_IMAGE002
则经过发射、遇到障碍物被反射回来，再进入接收机进行处理。
步骤二、单边带重构滤波器构建
1a)设计重构低通滤波器
Figure 920448DEST_PATH_IMAGE004
，表达式如下：
Figure 248661DEST_PATH_IMAGE079
（2-1）
其中，
Figure 857497DEST_PATH_IMAGE017
；
令
Figure 562148DEST_PATH_IMAGE018
表示加窗函数，
Figure 572829DEST_PATH_IMAGE019
表示滤波器长度；N值尽量不要低于64，最佳选择128。
1b)基于重构低通滤波器
Figure 71944DEST_PATH_IMAGE004
构建滤波器组，表达式如下：
Figure 168076DEST_PATH_IMAGE020
（2-2）
其中
Figure 145259DEST_PATH_IMAGE021
。则
Figure DEST_PATH_IMAGE080
对应中心频率
Figure 807185DEST_PATH_IMAGE081
，
Figure DEST_PATH_IMAGE082
对应中心频率
Figure 477200DEST_PATH_IMAGE083
，
Figure DEST_PATH_IMAGE084
对应中心频率
Figure 591787DEST_PATH_IMAGE085
。
1c)计算归一化系数
Figure 372661DEST_PATH_IMAGE005
：
Figure 357935DEST_PATH_IMAGE022
，其中
Figure 198852DEST_PATH_IMAGE023
表示DFT变换点数；
Figure 269576DEST_PATH_IMAGE023
是2的整数次幂，而且
Figure 854141DEST_PATH_IMAGE086
。
1d)根据信号带宽构建单边带带通滤波器
Figure 693921DEST_PATH_IMAGE024
；
设
Figure 705739DEST_PATH_IMAGE025
表示采样频率，数字信号的所在频带为
Figure 998180DEST_PATH_IMAGE001
。
则
Figure 120857DEST_PATH_IMAGE026
，其中
Figure 611881DEST_PATH_IMAGE027
中心频点小于
Figure 997863DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 43180DEST_PATH_IMAGE029
中心频点大于
Figure 969548DEST_PATH_IMAGE030
。
步骤三、采用单边带带通滤波器
Figure 518341DEST_PATH_IMAGE006
对线性调频信号
Figure 137541DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 404574DEST_PATH_IMAGE003
进行滤波，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE087
。滤波的方式采用线性卷积的方法，表示如下：
设
Figure 665791DEST_PATH_IMAGE088
，则
Figure DEST_PATH_IMAGE089
步骤四、计算相位
Figure 600249DEST_PATH_IMAGE031
，计算方法如下：
Figure 655930DEST_PATH_IMAGE090
其中，
Figure 879101DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure 678429DEST_PATH_IMAGE034
为单边带带通滤波器
Figure 936235DEST_PATH_IMAGE024
对线性调频信号s(n)滤波后的脉冲周期信号，
Figure 897238DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 138864DEST_PATH_IMAGE036
为单边带带通滤波器
Figure 210725DEST_PATH_IMAGE024
对线性调频信号
Figure 588617DEST_PATH_IMAGE003
滤波后的脉冲周期信号。
步骤五、确定提取多普勒的信号索引位置
Figure 720521DEST_PATH_IMAGE008
和信号索引位置
Figure 715021DEST_PATH_IMAGE009
，原则如下：
设
Figure DEST_PATH_IMAGE091
表示回波信号的模值。对
Figure 590574DEST_PATH_IMAGE092
进行门限判决，方法如下：
5a)确定脉冲信号的起始位置
设
Figure 822972DEST_PATH_IMAGE037
表示待检测点索引，
Figure 125777DEST_PATH_IMAGE038
表示参考点索引，且
Figure 76416DEST_PATH_IMAGE039
，M是一个正整数；如果
Figure 755659DEST_PATH_IMAGE040
，T是一个正数，则
Figure 842563DEST_PATH_IMAGE041
表示脉冲信号的起始位置。基于此法则确定相邻两个脉冲信号的起始位置，并且将上一个脉冲信号的起始位置记为
Figure 316270DEST_PATH_IMAGE042
，当前脉冲信号的起始位置记为
Figure 285363DEST_PATH_IMAGE043
。
5b)确定脉冲信号的结束位置
设
Figure 705980DEST_PATH_IMAGE044
表示待检测点索引，
Figure 709708DEST_PATH_IMAGE038
表示参考点索引,且
Figure 557578DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 279547DEST_PATH_IMAGE046
是一个正整数；如果
Figure 238276DEST_PATH_IMAGE047
，T是一个正数，则
Figure 362089DEST_PATH_IMAGE041
表示脉冲信号的结束位置。
基于此法则确定相邻两个脉冲信号的结束位置，并且将上一个脉冲信号的结束位置记为
Figure 380861DEST_PATH_IMAGE048
，当前脉冲信号的结束位置记为
Figure 324546DEST_PATH_IMAGE049
。
最终得到上一个脉冲信号的索引集合
Figure 352545DEST_PATH_IMAGE008
，以及当前脉冲的索引集合
Figure 534128DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 520538DEST_PATH_IMAGE050
步骤六、对
Figure 951520DEST_PATH_IMAGE007
进行后处理修正，处理方法如下：
对于
Figure 517630DEST_PATH_IMAGE051
，设第一个值为参考值，设
Figure 96596DEST_PATH_IMAGE052
，若后一个值加
Figure 457171DEST_PATH_IMAGE053
小于该值，则从后一个值开始，每一个
Figure 375448DEST_PATH_IMAGE054
值以及
Figure 276408DEST_PATH_IMAGE055
的值都加360°；否则，保持
Figure 167004DEST_PATH_IMAGE054
值以及
Figure 760796DEST_PATH_IMAGE055
的值不变；
将第二个值设为参考值，若后一个值加
Figure 104053DEST_PATH_IMAGE053
小于该值，则从后一个值开始，每一个
Figure 808703DEST_PATH_IMAGE054
值以及
Figure 553806DEST_PATH_IMAGE055
的值都加360°；否则，保持
Figure 521762DEST_PATH_IMAGE054
值以及
Figure 149052DEST_PATH_IMAGE055
的值不变；
以此类推，直到
Figure 391814DEST_PATH_IMAGE054
中倒数第二个值当做参考值处理，并进行相应处理之后，
Figure 319319DEST_PATH_IMAGE054
校正完毕，得到
Figure 192597DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure 307184DEST_PATH_IMAGE057
；
若
Figure 556900DEST_PATH_IMAGE057
第一个值加
Figure 338911DEST_PATH_IMAGE053
小于
Figure 383090DEST_PATH_IMAGE056
最后一个值，则
Figure 984973DEST_PATH_IMAGE057
所有值加360°，否则保持
Figure 772800DEST_PATH_IMAGE057
所有值不变；
对
Figure 409318DEST_PATH_IMAGE057
按照
Figure 624399DEST_PATH_IMAGE054
修正得到
Figure 713577DEST_PATH_IMAGE056
的方法进行修改，得到
Figure 101833DEST_PATH_IMAGE093
。
步骤七、多普勒
Figure 796120DEST_PATH_IMAGE012
提取，提取方法如下：
该方法的多普勒
Figure 244419DEST_PATH_IMAGE012
计算有两种模式，分别如下：
7a)相邻脉冲串计算
Figure 758577DEST_PATH_IMAGE058
(7-1)
其中，
Figure 950524DEST_PATH_IMAGE059
为参与计算后一段相位和的最后一个索引，
Figure 499317DEST_PATH_IMAGE060
为参与计算后一段相位和的第一个索引，
Figure 118517DEST_PATH_IMAGE061
为参与计算前一段相位和的最后一个索引，
Figure 119971DEST_PATH_IMAGE062
为参与计算前一段相位和的第一个索引，
Figure 115609DEST_PATH_IMAGE063
为
Figure 518908DEST_PATH_IMAGE064
，
Figure 309010DEST_PATH_IMAGE065
为采样频率。
7b)单独脉冲串计算
Figure 797760DEST_PATH_IMAGE066
(7-2)
其中，
Figure 597089DEST_PATH_IMAGE062
为参与计算相位和的第一个索引，
Figure 854895DEST_PATH_IMAGE067
为参与计算相位和的相位个数，
Figure 19160DEST_PATH_IMAGE065
为采样频率，
Figure 791944DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 332646DEST_PATH_IMAGE069
不大于所在当前脉冲信号的最后一个索引。
步骤八、基于
Figure 241697DEST_PATH_IMAGE012
下对相位
Figure 842442DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 633681DEST_PATH_IMAGE011
校正
Figure 712495DEST_PATH_IMAGE094
(8)
其中，
Figure 741631DEST_PATH_IMAGE071
为经过校正后最终得到的回波信号与参考信号的相位，
Figure 247699DEST_PATH_IMAGE072
为索引集合
Figure 995075DEST_PATH_IMAGE008
中脉冲信号的结束位置，
Figure 612001DEST_PATH_IMAGE073
为索引集合
Figure 761223DEST_PATH_IMAGE009
中脉冲信号的结束位置，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE095
为索引集合
Figure 969350DEST_PATH_IMAGE008
中上一个脉冲信号的起始位置，
Figure 204022DEST_PATH_IMAGE075
为索引集合
Figure 624639DEST_PATH_IMAGE009
中上一个脉冲信号的结束位置，
Figure 628367DEST_PATH_IMAGE076
为
Figure 476238DEST_PATH_IMAGE077
，
Figure 198206DEST_PATH_IMAGE078
为相位索引。则
Figure 156935DEST_PATH_IMAGE096
表示经过校正后最终得到的回波信号基于参考信号的相位。
基于以上步骤，得到信号特征中的多普勒
Figure 280749DEST_PATH_IMAGE012
与相位
Figure 33941DEST_PATH_IMAGE096
。
实施例：
在Matlab2007下进行仿真。
输入信号：
参考信号：
脉冲宽度10us，脉冲周期40us、带宽200MHz，信号类型为线性调频、中心频点480MHz、采样频率3GHz。
经过发射后的回波信号：
脉冲宽度10us，脉冲周期40us、带宽200MHz，信号类型为线性调频、数字中频480MHz。
信号时域波形与频谱如图2所示：
重构滤波器 QUOTE
Figure 243205DEST_PATH_IMAGE098
Figure 802363DEST_PATH_IMAGE098
设计：
根据需要，设定滤波器长度 QUOTE
Figure 718366DEST_PATH_IMAGE100
Figure 173618DEST_PATH_IMAGE100
，窗函数 QUOTE
Figure 604600DEST_PATH_IMAGE102
Figure 436289DEST_PATH_IMAGE102
选择布莱克曼窗。同时设定 QUOTE
Figure 737958DEST_PATH_IMAGE104
Figure 895270DEST_PATH_IMAGE104
，得到重构滤波器。
重构滤波器频谱如图3所示：
Figure 16809DEST_PATH_IMAGE106
多普勒检测结果如表1所示；
表1本发明计算的多普勒结果
Figure 917769DEST_PATH_IMAGE108
在信噪比30dB的情形下，基于7b)检测得到的仿真统计表如表2所示；
表2本发明计算的多普勒结果
Figure 73944DEST_PATH_IMAGE110
最终相位校正的结果入图4所示。

Claims (9)

1.一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，产生通带范围在
Figure 570567DEST_PATH_IMAGE002
的线性调频信号
Figure 992321DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 54955DEST_PATH_IMAGE006
；
S2，建立重构低通滤波器
Figure 663791DEST_PATH_IMAGE008
，基于重构低通滤波器
Figure 102862DEST_PATH_IMAGE008
构建滤波器组，计算归一化系数
Figure 113544DEST_PATH_IMAGE010
，结合归一化系数
Figure 612658DEST_PATH_IMAGE010
构建单边带带通滤波器
Figure 708790DEST_PATH_IMAGE012
；
S3，采用单边带带通滤波器
Figure 951553DEST_PATH_IMAGE012
对线性调频信号
Figure 82320DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 752335DEST_PATH_IMAGE006
进行滤波；
S4，根据滤波后的线性调频信号计算相位
Figure 70184DEST_PATH_IMAGE014
；
S5，确定提取多普勒的线性调频信号索引位置
Figure 116638DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 101911DEST_PATH_IMAGE018
；
S6，采用线性调频信号索引位置
Figure 942828DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 747973DEST_PATH_IMAGE018
对相位
Figure 332538DEST_PATH_IMAGE014
进行后处理修正，得到相位
Figure 172318DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 184137DEST_PATH_IMAGE022
；
S7，提取多普勒
Figure 742157DEST_PATH_IMAGE024
；
S8，基于多普勒
Figure 142132DEST_PATH_IMAGE024
对相位
Figure 367577DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 284717DEST_PATH_IMAGE022
进行校正，完成检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法，其特征在于，线性调频信号
Figure 330034DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 990822DEST_PATH_IMAGE006
的表达式如下：
Figure 70774DEST_PATH_IMAGE026
Figure 158815DEST_PATH_IMAGE028
其中
Figure 691428DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 155907DEST_PATH_IMAGE006
表示参考信号，
Figure 90365DEST_PATH_IMAGE004
表示实际接收信号，K表示斜率，K= B/T，B表示带宽，当B=0则表示点频，T表示脉冲宽度，
Figure 349308DEST_PATH_IMAGE006
与
Figure 103638DEST_PATH_IMAGE004
同时发送，
Figure 902966DEST_PATH_IMAGE006
直接进入进接收机进行处理，
Figure 426351DEST_PATH_IMAGE004
则经过发射、遇到障碍物被反射回来，再进入接收机进行处理。
3.根据权利要求1所述的一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法，其特征在于，S2的具体方法如下：
建立重构低通滤波器
Figure 856196DEST_PATH_IMAGE008
时，表达式如下：
Figure 97821DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 435262DEST_PATH_IMAGE034
；
令
Figure 344312DEST_PATH_IMAGE036
表示加窗函数，
Figure 945058DEST_PATH_IMAGE038
表示滤波器长度；
基于重构低通滤波器
Figure 673979DEST_PATH_IMAGE008
构建滤波器组，表达式如下：
Figure 18373DEST_PATH_IMAGE040
其中
Figure 47509DEST_PATH_IMAGE042
；
计算归一化系数
Figure 819156DEST_PATH_IMAGE010
：
Figure 35373DEST_PATH_IMAGE044
，其中
Figure 917879DEST_PATH_IMAGE046
表示DFT变换点数；
根据信号带宽构建单边带带通滤波器
Figure 801521DEST_PATH_IMAGE048
；
设
Figure 744069DEST_PATH_IMAGE050
表示采样频率，数字信号的所在频带为
Figure 978741DEST_PATH_IMAGE002
；
则
Figure 664938DEST_PATH_IMAGE052
，其中
Figure 137507DEST_PATH_IMAGE054
中心频点小于
Figure 250957DEST_PATH_IMAGE056
，
Figure 972925DEST_PATH_IMAGE058
中心频点大于
Figure 197233DEST_PATH_IMAGE060
。
4.根据权利要求1所述的一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法，其特征在于，相位
Figure 55468DEST_PATH_IMAGE062
的计算方法如下：
Figure 136556DEST_PATH_IMAGE064
其中，
Figure 80242DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 108240DEST_PATH_IMAGE068
为单边带带通滤波器
Figure 820981DEST_PATH_IMAGE048
对线性调频信号s(n)滤波后的脉冲周期信号，
Figure 807392DEST_PATH_IMAGE070
和
Figure 972794DEST_PATH_IMAGE072
为单边带带通滤波器
Figure 538905DEST_PATH_IMAGE048
对线性调频信号
Figure 371731DEST_PATH_IMAGE006
滤波后的脉冲周期信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法，其特征在于，确定提取多普勒的线性调频信号索引位置
Figure 997885DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 650583DEST_PATH_IMAGE018
的具体方法如下：
设
Figure DEST_PATH_IMAGE073A
表示待检测点索引，
Figure 551543DEST_PATH_IMAGE075
表示参考点索引,且
Figure 707718DEST_PATH_IMAGE077
，M是一个正整数；如果
Figure 35931DEST_PATH_IMAGE079
，T是一个正数，则
Figure DEST_PATH_IMAGE081
表示脉冲信号的起始位置；
确定相邻两个脉冲信号的起始位置，并且将上一个脉冲信号的起始位置记为
Figure DEST_PATH_IMAGE083
，当前脉冲信号的起始位置记为
Figure DEST_PATH_IMAGE085
；
设
Figure DEST_PATH_IMAGE086
表示待检测点索引，
Figure 238242DEST_PATH_IMAGE075
表示参考点索引,且
Figure DEST_PATH_IMAGE088
，
Figure DEST_PATH_IMAGE090
是一个正整数；如果
Figure DEST_PATH_IMAGE092
，T是一个正数，则
Figure DEST_PATH_IMAGE093
表示脉冲信号的结束位置；
确定相邻两个脉冲信号的结束位置，并且将上一个脉冲信号的结束位置记为
Figure DEST_PATH_IMAGE094
，当前脉冲信号的结束位置记为
Figure DEST_PATH_IMAGE095
；
最终得到上一个脉冲信号的索引集合
Figure 801948DEST_PATH_IMAGE016
，以及当前脉冲的索引集合
Figure 812629DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure DEST_PATH_IMAGE097
。
6.根据权利要求1所述的一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法，其特征在于，S6中的修正方法如下：
对于
Figure DEST_PATH_IMAGE099
，设第一个值为参考值，设
Figure DEST_PATH_IMAGE101
，若后一个值加
Figure DEST_PATH_IMAGE103
小于该值，则从后一个值开始，每一个
Figure DEST_PATH_IMAGE105
值以及
Figure DEST_PATH_IMAGE107
的值都加360°；否则，保持
Figure 436377DEST_PATH_IMAGE105
值以及
Figure 532509DEST_PATH_IMAGE107
的值不变；
将第二个值设为参考值，若后一个值加
Figure 775272DEST_PATH_IMAGE103
小于该值，则从后一个值开始，每一个
Figure 640459DEST_PATH_IMAGE105
值以及
Figure 44896DEST_PATH_IMAGE107
的值都加360°；否则，保持
Figure 628324DEST_PATH_IMAGE105
值以及
Figure 940357DEST_PATH_IMAGE107
的值不变；
以此类推，直到
Figure 660051DEST_PATH_IMAGE105
中倒数第二个值当做参考值处理，并进行相应处理之后，
Figure 500968DEST_PATH_IMAGE105
校正完毕，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE109
和
Figure DEST_PATH_IMAGE111
；
若
Figure 102851DEST_PATH_IMAGE111
第一个值加
Figure 687416DEST_PATH_IMAGE103
小于
Figure 58354DEST_PATH_IMAGE109
最后一个值，则
Figure 539014DEST_PATH_IMAGE111
所有值加360°，否则保持
Figure 628193DEST_PATH_IMAGE111
所有值不变；
对
Figure 219711DEST_PATH_IMAGE111
按照
Figure 445156DEST_PATH_IMAGE105
修正得到
Figure 362297DEST_PATH_IMAGE109
的方法进行修改，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE113
。
7.根据权利要求1所述的一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法，其特征在于，提取多普勒
Figure 673192DEST_PATH_IMAGE024
的方法如下：
当采用相邻脉冲串计算时：
Figure DEST_PATH_IMAGE115
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE117
为参与计算后一段相位和的最后一个索引，
Figure DEST_PATH_IMAGE119
为参与计算后一段相位和的第一个索引，
Figure DEST_PATH_IMAGE121
为参与计算前一段相位和的最后一个索引，
Figure DEST_PATH_IMAGE123
为参与计算前一段相位和的第一个索引，
Figure DEST_PATH_IMAGE125
为
Figure DEST_PATH_IMAGE127
，
Figure DEST_PATH_IMAGE129
为采样频率。
8.根据权利要求1所述的一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法，其特征在于，提取多普勒
Figure 724194DEST_PATH_IMAGE024
的方法如下：
当采用单独脉冲串计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE131
其中，
Figure 69725DEST_PATH_IMAGE123
为参与计算相位和的第一个索引，
Figure DEST_PATH_IMAGE133
为参与计算相位和的相位个数，
Figure 423345DEST_PATH_IMAGE129
为采样频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE135
，
Figure DEST_PATH_IMAGE137
不大于所在当前脉冲信号的最后一个索引。
9.根据权利要求1所述的一种基于自适应重构滤波的信号特征检测方法，其特征在于，基于多普勒
Figure 221537DEST_PATH_IMAGE024
对相位
Figure 951596DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 620475DEST_PATH_IMAGE022
进行校正的方法如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE139
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE141
为经过校正后最终得到的回波信号与参考信号的相位，
Figure DEST_PATH_IMAGE143
为索引集合
Figure 676155DEST_PATH_IMAGE016
中脉冲信号的结束位置，
Figure DEST_PATH_IMAGE145
为索引集合
Figure 961643DEST_PATH_IMAGE018
中脉冲信号的结束位置，
Figure DEST_PATH_IMAGE147
为索引集合
Figure 229813DEST_PATH_IMAGE016
中上一个脉冲信号的起始位置，
Figure DEST_PATH_IMAGE149
为索引集合
Figure 296076DEST_PATH_IMAGE018
中上一个脉冲信号的结束位置，
Figure DEST_PATH_IMAGE151
为
Figure DEST_PATH_IMAGE153
，
Figure DEST_PATH_IMAGE154
为相位索引。
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Denomination of invention: A Signal Feature Detection Method Based on Adaptive Reconstructive Filtering

Effective date of registration: 20230721

Granted publication date: 20220104

Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee

Pledgor: XI'AN HANBON ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD.

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