CN114089326B - 一种lfm脉冲信号fri采样结构与参数估计方法 - Google Patents
一种lfm脉冲信号fri采样结构与参数估计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114089326B CN114089326B CN202111329087.3A CN202111329087A CN114089326B CN 114089326 B CN114089326 B CN 114089326B CN 202111329087 A CN202111329087 A CN 202111329087A CN 114089326 B CN114089326 B CN 114089326B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- sampling
- pulse
- frequency
- lfm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005070 sampling Methods 0.000 title claims abstract description 208
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 21
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 18
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 13
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052704 radon Inorganic materials 0.000 description 1
- SYUHGPGVQRZVTB-UHFFFAOYSA-N radon atom Chemical compound [Rn] SYUHGPGVQRZVTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
- G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明提出一种LFM脉冲信号FRI采样结构与参数估计方法,采样系统由三部分协同采样结构及相应的参数估计方法组成,初始化LFM脉冲信号x(t);利用自相关采样结构,和子空间方法,估计信号间断点,进而得到信号的脉宽和信号的幅值;利用延迟自相关采样结构,与子空间方法,计算信号调频斜率参数,进而计算信号的带宽;利用正交时间交错采样结构,与中国余数定理,计算信号的初始频率与信号的初始相位;本发明可以有效降低采样率、提高参数估计效率,利用比现有方法更少的采样点来估计实LFM脉冲信号的参数。
Description
技术领域
本发明属于信号处理领域,具体地,涉及一种LFM脉冲信号FRI采样结构与参数估计方法。
背景技术
线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号广泛应用于雷达、声纳、无线通信、电子侦察和许多其他工程应用。由于距离检测的要求和实际功率的限制,LFM脉冲串是LFM信号在许多实际应用中常见的一种形式。通过测量和估计LFM脉冲串的脉冲位置和调制参数,可以获得目标距离、确定雷达用途和捕获通信内容等。因此,LFM脉冲信号的参数估计是许多工程应用中的一项重要任务。
最大似然算法可以很好地估计LFM信号的调频斜率和初始频率,但由于涉及到网格搜索和多维积分的计算,因此计算成本非常高。Wigner-Hough变换、Radon变换等基于时频平面的方法常用来处理LFM信号,但这些方法需要一维搜索。分数阶傅里叶变换专门设计用来处理LFM信号。然而,传统的分数阶傅里叶变换方法需要二维搜索。以上方法都是基于奈奎斯特定理,因此宽带LFM信号的测量需要高采样率和大计算量。压缩感知理论利用信号的稀疏性实现欠奈奎斯特采样。一些工作采用压缩感知理算法来处理线性调频信号,但没有解决采样率降低的问题。基于分数阶傅里叶变换的压缩感知方法能够降低采样率,但是其需要分数阶傅里叶变换阶数的先验信息或者需要构造过完备字典来估计调频斜率。有限新息率(Finite Rate of Innovation,FRI)采样理论专门针对参数化信号而提出,具有比压缩感知更高的采样效率。目前已有学者将FRI采样理论应用在雷达、超声、医学成像等领域,将FRI采样理论应用于LFM脉冲信号的参数估计具有巨大潜力,可以有效降低采样率、提高参数估计效率。
发明内容
为了解决上述问题,针对实LFM脉冲信号参数估计所需采样率高,计算量大的问题,提出一种LFM脉冲信号FRI采样结构与参数估计方法,本发明的多通道协同采样系统,用比现有方法更少的采样点来估计实LFM脉冲信号的参数和/>
本发明是通过以下方案实现的:
一种LFM脉冲信号FRI采样系统:所述采样系统由三部分协同采样结构组成:所述协同采样结构分别为自相关采样结构,延迟自相关采样结构和正交时间交错采样结构;
通过自相关采样结构估计信号间断点、脉冲宽度和幅值;
通过延迟自相关采样结构估计信号调频斜率和带宽;
通过正交时间交错采样结构估算LFM脉冲的初始频率和初始相位。
进一步地,
在所述自相关采样结构中,将LFM脉冲信号与自身混频,进行低通滤波和低速率采样,得到频域样本,然后利用子空间方法估计信号间断点、脉冲宽度和幅值;对于具有L个LFM脉冲的信号,最少需要4L个频域样本进行参数估计。
进一步地,
在所述延迟自相关采样结构中,LFM脉冲信号首先与自身的延迟信号混频,然后进行低通滤波和低速率采样;利用自相关采样通道估计的间断点得到最少4L个LFM信号的脉内时域样本;最后,利用子空间方法估计信号调频斜率和带宽。
进一步地,
在所述正交时间交错采样结构中,LFM脉冲信号首先被分成两个部分,分别与正弦信号和余弦信号混频,然后由低通滤波器滤除高频分量;
对信号进行时间交错采样,获得最少8L个脉内采样点,其中交错时间的倒数与采样率互质;最后利用子空间方法和中国余数定理方法估算LFM脉冲的初始频率和初始相位。
一种应用于LFM脉冲信号FRI参数估计方法:所述方法具体包括以下步骤:
步骤一:初始化LFM脉冲信号x(t),待采样的实数LFM脉冲信号包含L个脉冲,且各个脉冲在时域不发生混叠,估计间断点;
步骤二:利用自相关采样结构,信号经过混频器与自身混频,然后经过低通滤波和低速采样获得采样值y(n);计算得到信号的脉宽Tl和信号的幅值al;
步骤三:利用延迟自相关采样结构,信号经过固定时间延迟τ1然后与自身混频,然后经过低通滤波和低速采样获得采样值y'(n);其中采样间隔为Ts,低通滤波器的截止频率需要满足fc′ut>μmaxτ1,μmax表示信号调频斜率的最大值;然后利用子空间方法,计算信号调频斜率参数进而计算信号的带宽;
步骤四:利用正交时间交错采样结构,信号首先分成两部分,分别与频率为fm正弦和余弦信号混频,然后通过低通滤波滤除混频的和频项;利用中国余数定理,计算信号的初始频率与信号的初始相位。
进一步地,在步骤一中,
LFM脉冲信号x(t)表达式为:
其中是第l个LFM脉冲的瞬时相位,L是观测时间T内LFM脉冲个数,Tl为信号的脉宽,al为信号的幅值,fl是信号初始频率,μl=Bl/Tl是信号调频斜率,Bl是信号带宽,/>是信号初始相位,tl是第l个LFM脉冲的时间延迟,rect(t/Tl)是脉宽为Tl的矩形脉冲包络;
此时,LFM脉冲信号有K=2L个间断点t′k:
其中l=0,1,…,L-1,且间断点满足0<t′1<t′2<...<t′K-1<T。
进一步地,在步骤二中,
其中低通滤波器的截止频率需要满足fcut≥4L/T;通过对采样值y(n)进行离散傅里叶变换获得获得信号低频部分的M个傅里叶系数Y[m],M是傅里叶系数的总数,m是傅里叶系数的索引,即M个傅里叶系数中的第m个傅里叶系数,j虚数单位,然后通过频域微分算子可以得到如公式(5)的采样值近似表示D[m]:
其中当k=2l时k=2l+1时/>
令向量xi=[D[i],D[i+1],...,D[i+K]]T,i=0,1,...,I-1包含K+1个连续采样傅里叶系数,构造自相关矩阵
其中I=M-K;对于K=2L个间断点,M≥4L个傅里叶系数可以保证自相关矩阵满秩,然后利用子空间方法,计算信号间断点参数进而利用公式(5)计算信号幅值/>
因此,信号的脉宽Tl计算公式为:
Tl=t′2l+1-t′2l,l=0,1,...,L-1. (7)
同时,信号的幅值al计算公式为
进一步地,在步骤三中:
利用步骤二估计的间断点参数,获得L组脉内信号采样值y′l(n),则第l个脉冲的脉内采样值y′l(n)近似的表示为:
采样值索引n=0,1,...,Nl-1,总采样点数为N=LNl;
令向量包含3个连续采样值,构造自相关矩阵
其中I=Nl-2;对于第l个脉冲,Nl≥4个脉内采样值保证自相关矩阵满秩,然后利用子空间方法,计算信号调频斜率参数进而计算信号的带宽
Bl=μlTl. (11)。
进一步地,在步骤四中:
低通滤波器的截止频率需要满足fmax-fm≤fc′u′t≤fmin+fm,其中fmax,fmin分别表示信号初始频率的最大值和最小值;
采用时间延迟采样通道分别对两路混频信号进行采样,采样间隔为Tc,采样率fc=1/Tc,延迟时间τ2的倒数fc′=1/τ2称为虚拟采样率,并且f′c与采样率fc互为质数;
最后利用步骤二估计的间断点信息,可以获得4L组脉内信号采样值,以采样间隔Tc,采样率fc=1/Tc,对信号进行采样,采样值可以近似表示为
其中fl′=fl-fm,每个通道采样N′l个脉内采样值;
利用公式(12)的脉内采样值,构造复信号
同理,获得延迟通道的复信号采样值
利用步骤三估计的调频斜率参数,构造参考信号
利用构造的参考信号对复信号采样值进行解线调,得到:
当采样率fc<f′l,属于欠采样情况,此时会出现频率折叠的情况,即:
其中是通过采样值能够得到的折叠频率,/>是通过虚拟采样率采样得到的折叠频率;
令矩阵其中I=N′l-1,构造自相关矩阵
对于第l个脉冲,当每个通道采样N′l≥2个脉内采样值保证自相关矩阵满秩,然后利用子空间方法,计算信号折叠频率
此时,参数估计所需的总脉内采样点数满足N'≥8L;
因为采样率fc和虚拟采样率f′c互质,通过计算得到信号折叠频率认为是信号频率/>分别除以采样率fc和虚拟采样率f′c的余数,因此利用中国余数定理计算获得信号频率/>进而可以计算信号的初始频率:
fl=f′l+fm (19)
此时,信号的初始相位可以计算为:
其中mod(·)表示对信号进行取模。
本发明有益效果
本发明三部分协同采样通道可以有效降低采样率、提高参数估计效率,比现有方法更少的采样点来估计实LFM脉冲信号的参数。
附图说明
图1是本发明的多通道协同采样系统框图;
图2是不同信噪比下参数估计效果曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例;基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实数LFM脉冲信号由一系列频率调制的矩形脉冲组成,其数学表达式为:
其中是第l个LFM脉冲的瞬时相位,L是观测时间T内LFM脉冲个数,fl是信号初始频率,μl=Bl/Tl是信号调频斜率,Bl是信号带宽,/>是信号初始相位,tl是第l个LFM脉冲的时间延迟,rect(t/Tl)是脉宽为Tl的矩形脉冲包络。
如公式(1),LFM脉冲信号有K=2L个间断点
其中l=0,1,...,L-1,且间断点满足0<t′1<t′2<...<t′K-1<T。假设所有的线性调频脉冲在时域内没有混叠,即每两个相邻的间断点属于同一个脉冲。
一种LFM脉冲信号FRI采样结构,其结构框图如图1所示:
所述采样系统由三部分协同采样结构组成:所述协同采样结构分别为自相关采样结构,延迟自相关采样结构和正交时间交错采样结构;
通过自相关采样结构估计信号间断点、脉冲宽度和幅值;
通过延迟自相关采样结构估计信号调频斜率和带宽;
通过正交时间交错采样结构估算LFM脉冲的初始频率和初始相位。
在所述自相关采样结构中,将LFM脉冲信号与自身混频,进行低通滤波和低速率采样,得到频域样本,然后利用子空间方法估计信号间断点、脉冲宽度和幅值;对于具有L个LFM脉冲的信号,最少需要4L个频域样本进行参数估计。
在所述延迟自相关采样结构中,LFM脉冲信号首先与自身的延迟信号混频,然后进行低通滤波和低速率采样;利用自相关采样通道估计的间断点得到最少4L个LFM信号的脉内时域样本;最后,利用子空间方法估计信号调频斜率和带宽。
在所述正交时间交错采样结构中,LFM脉冲信号首先被分成两个部分,分别与正弦信号和余弦信号混频,然后由低通滤波器滤除高频分量;
对信号进行时间交错采样,获得最少8L个脉内采样点,其中交错时间的倒数与采样率互质;最后利用子空间方法和中国余数定理方法估算LFM脉冲的初始频率和初始相位。
一种应用于LFM脉冲信号FRI参数估计方法:所述方法具体包括以下步骤:
步骤一:初始化LFM脉冲信号x(t),待采样的实数LFM脉冲信号包含L个脉冲,且各个脉冲在时域不发生混叠,估计间断点;
步骤二:利用自相关采样结构,信号经过混频器与自身混频,然后经过低通滤波和低速采样获得采样值y(n);计算得到信号的脉宽Tl和信号的幅值al;
步骤三:利用延迟自相关采样结构,信号经过固定时间延迟τ1然后与自身混频,然后经过低通滤波和低速采样获得采样值y'(n);其中采样间隔为Ts,低通滤波器的截止频率需要满足f′ut>μmaxτ1,μmax表示信号调频斜率的最大值;然后利用子空间方法,例如ESPRIT方法,计算信号调频斜率参数进而计算信号的带宽;
步骤四:利用正交时间交错采样结构,信号首先分成两部分,分别与频率为fm正弦和余弦信号混频,然后通过低通滤波滤除混频的和频项;利用中国余数定理,计算信号的初始频率与信号的初始相位。
在步骤一中,LFM脉冲信号x(t)表达式为:
其中是第l个LFM脉冲的瞬时相位,L是观测时间T内LFM脉冲个数,Tl为信号的脉宽,al为信号的幅值,fl是信号初始频率,μl=Bl/Tl是信号调频斜率,Bl是信号带宽,/>是信号初始相位,tl是第l个LFM脉冲的时间延迟,rect(t/Tl)是脉宽为Tl的矩形脉冲包络;
此时,LFM脉冲信号有K=2L个间断点t′k,
其中l=0,1,...,L-1,且间断点满足0<t′1<t′2<...<t′K-1<T。
在步骤二中,
其中低通滤波器的截止频率需要满足fcut≥4L/T;由于接收的LFM信号通常具有较高的初始频率;因此经过低通滤波和低速采样获得的采样值可以近似认为只包含信号的基带包络信息;通过对采样值y(n)进行离散傅里叶变换获得获得信号低频部分的M个傅里叶系数Y[m],M是傅里叶系数的总数,m是傅里叶系数的索引,即M个傅里叶系数中的第m个傅里叶系数,j虚数单位,然后通过频域微分算子可以得到如公式(5)的采样值近似表示D[m]:
其中当k=2l时k=2l+1时/>
令向量xi=[D[i],D[i+1],...,D[i+K]]T,i=0,1,...,I-1包含K+1个连续采样傅里叶系数,构造自相关矩阵
其中I=M-K;对于K=2L个间断点,M≥4L个傅里叶系数可以保证自相关矩阵满秩,然后利用子空间方法,例如ESPRIT方法,计算信号间断点参数进而利用公式(5)计算信号幅值/>
因此,信号的脉宽Tl计算公式为:
Tl=t′2l+1-t′2l,l=0,1,...,L-1. (7)
同时,信号的幅值al计算公式为
在步骤三中:
由于接收的LFM信号通常具有较高的初始频率,因此经过低通滤波和低速采样获得的采样值可以近似认为只包含信号的低频正弦信号的信息;利用步骤二估计的间断点参数,获得L组脉内信号采样值y′l(n),则第l个脉冲的脉内采样值yl′(n)近似的表示为:
采样值索引n=0,1,...,Nl-1,总采样点数为N=LNl;
令向量包含3个连续采样值,构造自相关矩阵
其中I=Nl-2;对于第l个脉冲,Nl≥4个脉内采样值保证自相关矩阵满秩,然后利用子空间方法,例如ESPRIT方法,计算信号调频斜率参数进而计算信号的带宽
Bl=μlTl. (11)。
在步骤四中:
低通滤波器的截止频率需要满足fmax-fm≤f″cut≤fmin+fm,其中fmax,fmin分别表示信号初始频率的最大值和最小值;
由于接收的LFM信号通常具有较高的初始频率,因此经过低通滤波和低速采样获得的采样值可以近似认为只包含信号的差频部分;采用时间延迟采样通道分别对两路混频信号进行采样,采样间隔为Tc,采样率fc=1/Tc,延迟时间τ2的倒数f′c=1/τ2称为虚拟采样率,并且f′c与采样率fc互为质数;
最后利用步骤二估计的间断点信息,可以获得4L组脉内信号采样值,以采样间隔Tc,采样率fc=1/Tc,对信号进行采样,采样值可以近似表示为
其中fl′=fl-fm,每个通道采样N′l个脉内采样值;
利用公式(12)的脉内采样值,构造复信号
同理,获得延迟通道的复信号采样值
利用步骤三估计的调频斜率参数,构造参考信号
利用构造的参考信号对复信号采样值进行解线调,得到:
当采样率fc<f′l,属于欠采样情况,此时会出现频率折叠的情况,即:
其中是通过采样值能够得到的折叠频率,/>是通过虚拟采样率采样得到的折叠频率;
令矩阵其中I=N′l-1,构造自相关矩阵
对于第l个脉冲,当每个通道采样N′l≥2个脉内采样值保证自相关矩阵满秩,然后利用子空间方法,例如ESPRIT方法,计算信号折叠频率
此时,参数估计所需的总脉内采样点数满足N'≥8L;
因为采样率fc和虚拟采样率fc′互质,通过计算得到信号折叠频率认为是信号频率/>分别除以采样率fc和虚拟采样率fc′的余数,因此利用中国余数定理计算获得信号频率/>进而可以计算信号的初始频率:
fl=fl′+fm (19)
此时,信号的初始相位可以计算为:
其中mod(·)表示对信号进行取模。
无噪声实验:
设置待测LFM脉冲信号包含L=2个LFM脉冲,信号观测时长为T=10us。
对于第一部分采样结构设置LPF截止频率为fcut=0.4MHz,因此总采样傅里叶系数个数为M=4L=8个。
对于第二部分采样结构,设置时间延迟为τ1=20ns,LPF截止频率为f′cut=50MHz,采样率为fs=100MHz,参与计算的脉内采样点数为N=4L=8个。
对于第三部分采样结构,设置正交调制信号频率为fm=1.5GHz,LPF截止频率为f″cut=2GHz,时间延迟设置为τ2=7.6923ns,采样率为fc=100MHz,参与计算的脉内采样点数选取为N'=8L=16个。
表1展示了信号参数的重构结果。结果表明,在无噪声情况下,所提采样系统可以用最小的采样点数几乎没有误差地估计信号参数,这证明由于调制产生的高频分量和间断点导致的信号模型近似对该方法的影响很小。初始相位的估计误差相对较大,这是因为初始相位是根据信号的初始频率和间断点估计的。由于信号的频率很高,这些参数的误差在初始相位的估计中被放大。
表1无噪声情况下信号参数估计结果
噪声实验
设置待测LFM脉冲信号包含L=2个LFM脉冲,信号观测时长为T=10us。信号初始相位随机产生,信号脉宽在(0.5,1]us范围内随机产生,信号间断点在观测时长内随机产生且满足脉冲时域不混叠的条件。
信号带宽在(100,400]MHz范围内随机产生。
对于第一部分采样结构设置总采样傅里叶系数个数为M=50个。
对于第二部分采样结构,设置时间延迟为τ1=20ns,LPF截止频率为f′cut=50MHz,采样率为fs=100MHz,参与计算的脉内采样点数为N=100个。
对于第三部分采样结构,设置正交调制信号频率为fm=1.5GHz,LPF截止频率为f″cut=2GHz,时间延迟设置为τ2=7.6923ns,采样率为fc=100MHz,参与计算的脉内采样点数选取为N'=200个。
在信噪比-20~10dB范围内进行1000次随机实验。因为其它参数是根据间断点、初始频率和调频斜率参数计算的,所以这里只使用这三个参数的估计效果。图2展示了信号不同参数重构效果。实验结果可以看出,参数估计结果随着信噪比的提高而提高。在较低信噪比下(-12dB左右),所提方法仍然能够较好的估计信号参数。
以上对本发明所提出的一种LFM脉冲信号FRI采样结构与参数估计方法,进行了详细介绍,对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种LFM脉冲信号FRI采样系统,其特征在于:
所述采样系统由三部分协同采样结构组成:所述协同采样结构分别为自相关采样结构,延迟自相关采样结构和正交时间交错采样结构;
通过自相关采样结构估计信号间断点、脉冲宽度和幅值;在所述自相关采样结构中,将LFM脉冲信号与自身混频,进行低通滤波和低速率采样,得到频域样本,然后利用子空间方法估计信号间断点、脉冲宽度和幅值;对于具有L个LFM脉冲的信号,最少需要4L个频域样本进行参数估计;
通过延迟自相关采样结构估计信号调频斜率和带宽;在所述延迟自相关采样结构中,LFM脉冲信号首先与自身的延迟信号混频,然后进行低通滤波和低速率采样;利用自相关采样通道估计的间断点得到最少4L个LFM信号的脉内时域样本;最后,利用子空间方法估计信号调频斜率和带宽;
通过正交时间交错采样结构估算LFM脉冲的初始频率和初始相位;在所述正交时间交错采样结构中,LFM脉冲信号首先被分成两个部分,分别与正弦信号和余弦信号混频,然后由低通滤波器滤除高频分量;
对信号进行时间交错采样,获得最少8L个脉内采样点,其中交错时间的倒数与采样率互质;最后利用子空间方法和中国余数定理方法估算LFM脉冲的初始频率和初始相位。
2.一种应用于权利要求1所述的LFM脉冲信号FRI采样系统的参数估计方法:
所述方法具体包括以下步骤:
步骤一:初始化LFM脉冲信号x(t),待采样的实数LFM脉冲信号包含L个脉冲,且各个脉冲在时域不发生混叠;利用自相关采样结构,信号经过混频器与自身混频,然后经过低通滤波和低速采样获得采样值y(n),估计间断点,计算得到信号的脉宽Tl和信号的幅值al;
步骤二:利用延迟自相关采样结构,信号经过固定时间延迟τ1然后与自身混频,然后经过低通滤波和低速采样获得采样值y'(n);其中采样间隔为Ts,低通滤波器的截止频率需要满足f′cut>μmaxτ1,μmax表示信号调频斜率的最大值;然后利用子空间方法,计算信号调频斜率参数进而计算信号的带宽;
步骤三:利用正交时间交错采样结构,信号首先分成两部分,分别与频率为fm正弦和余弦信号混频,然后通过低通滤波滤除混频的和频项;利用中国余数定理,计算信号的初始频率与信号的初始相位。
3.根据权利要求2所述方法,其特征在于:在步骤一中,
LFM脉冲信号x(t)表达式为:
其中是第l个LFM脉冲的瞬时相位,L是观测时间T内LFM脉冲个数,Tl为信号的脉宽,al为信号的幅值,fl是信号初始频率,μl=Bl/Tl是信号调频斜率,Bl是信号带宽,/>是信号初始相位,tl是第l个LFM脉冲的时间延迟,rect(t/Tl)是脉宽为Tl的矩形脉冲包络;
此时,LFM脉冲信号有K=2L个间断点t′k,
其中l=0,1,...,L-1,且间断点满足0<t′1<t′2<...<t′K-1<T。
4.根据权利要求3所述方法,其特征在于:在步骤一中,
其中低通滤波器的截止频率需要满足fcut≥4L/T;通过对采样值y(n)进行离散傅里叶变换获得信号低频部分的M个傅里叶系数Y[m],M是傅里叶系数的总数,m是傅里叶系数的索引,即M个傅里叶系数中的第m个傅里叶系数,j虚数单位,然后通过频域微分算子可以得到如公式(5)的采样值近似表示D[m]:
其中当k=2l时时/>
令向量xi=[D[i],D[i+1],...,D[i+K]]T,i=0,1,...,I-1包含K+1个连续采样傅里叶系数,构造自相关矩阵
其中I=M-K;对于K=2L个间断点,M≥4L个傅里叶系数可以保证自相关矩阵满秩,然后利用子空间方法,计算信号间断点参数进而利用公式(5)计算信号幅值/>
因此,信号的脉宽Tl计算公式为:
Tl=t′2l+1-t′2l,l=0,1,...,L-1 (7)
同时,信号的幅值al计算公式为
5.根据权利要求4所述方法,其特征在于:在步骤二中:
利用步骤一估计的间断点参数,获得L组脉内信号采样值y′l(n),则第l个脉冲的脉内采样值y′l(n)近似的表示为:
采样值索引n=0,1,...,Nl-1,总采样点数为N=LNl;
令向量包含3个连续采样值,构造自相关矩阵
其中I=Nl-2;对于第l个脉冲,Nl≥4个脉内采样值保证自相关矩阵满秩,然后利用子空间方法,计算信号调频斜率参数进而计算信号的带宽
Bl=μlTl (11)。
6.根据权利要求5所述方法,其特征在于:在步骤三中:
低通滤波器的截止频率需要满足fmax-fm≤f″cut≤fmin+fm,其中fmax,fmin分别表示信号初始频率的最大值和最小值;
采用时间延迟采样通道分别对两路混频信号进行采样,采样间隔为Tc,采样率fc=1/Tc,延迟时间τ2的倒数fc′=1/τ2称为虚拟采样率,并且f′c与采样率fc互为质数;
最后利用步骤一估计的间断点信息,可以获得4L组脉内信号采样值,以采样间隔Tc,采样率fc=1/Tc,对信号进行采样,采样值可以近似表示为
其中fl′=fl-fm,每个通道采样N′l个脉内采样值;
利用公式(12)的脉内采样值,构造复信号
同理,获得延迟通道的复信号采样值
利用步骤二估计的调频斜率参数,构造参考信号
利用构造的参考信号对复信号采样值进行解线调,得到:
当采样率fc<fl′,属于欠采样情况,此时会出现频率折叠的情况,即:
其中是通过采样值能够得到的折叠频率,/>是通过虚拟采样率采样得到的折叠频率;
令矩阵其中I=N′l-1,构造自相关矩阵
对于第l个脉冲,当每个通道采样N′l≥2个脉内采样值保证自相关矩阵满秩,然后利用子空间方法,计算信号折叠频率
此时,参数估计所需的总脉内采样点数满足N'≥8L;
因为采样率fc和虚拟采样率fc′互质,通过计算得到信号折叠频率认为是信号频率/>分别除以采样率fc和虚拟采样率fc′的余数,因此利用中国余数定理计算获得信号频率/>进而可以计算信号的初始频率:
fl=fl′+fm (19)
此时,信号的初始相位可以计算为:
其中mod(·)表示对信号进行取模。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111329087.3A CN114089326B (zh) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | 一种lfm脉冲信号fri采样结构与参数估计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111329087.3A CN114089326B (zh) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | 一种lfm脉冲信号fri采样结构与参数估计方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114089326A CN114089326A (zh) | 2022-02-25 |
CN114089326B true CN114089326B (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=80299687
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111329087.3A Active CN114089326B (zh) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | 一种lfm脉冲信号fri采样结构与参数估计方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114089326B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115436924B (zh) * | 2022-08-26 | 2023-04-28 | 杭州电子科技大学 | 优化本振nyfr架构下的多分量lfm信号快速参数估计方法及系统 |
CN115529213B (zh) * | 2022-11-28 | 2023-04-07 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种用于分离lfm脉冲重叠信号的方法及装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104699986A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-10 | 西安电子科技大学 | 基于有限新息率采样理论的太赫兹脉冲信号采样方法 |
CN104751675A (zh) * | 2015-04-01 | 2015-07-01 | 苏州闻捷传感技术有限公司 | 基于有限新息率理论脉冲信号采样的车位检测方法 |
CN109782250A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-05-21 | 昆山煜壶信息技术有限公司 | 基于有限新息率采样的雷达目标参数提取方法 |
CN109889231A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-14 | 哈尔滨工业大学 | 基于随机解调和有限新息率的脉冲串信号欠采样方法 |
CN111130513A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-08 | 江苏大学 | 一种基于高阶矩的编码超声信号脉冲流形成方法及电路 |
-
2021
- 2021-11-10 CN CN202111329087.3A patent/CN114089326B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104699986A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-10 | 西安电子科技大学 | 基于有限新息率采样理论的太赫兹脉冲信号采样方法 |
CN104751675A (zh) * | 2015-04-01 | 2015-07-01 | 苏州闻捷传感技术有限公司 | 基于有限新息率理论脉冲信号采样的车位检测方法 |
CN109889231A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-14 | 哈尔滨工业大学 | 基于随机解调和有限新息率的脉冲串信号欠采样方法 |
CN109782250A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-05-21 | 昆山煜壶信息技术有限公司 | 基于有限新息率采样的雷达目标参数提取方法 |
CN111130513A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-08 | 江苏大学 | 一种基于高阶矩的编码超声信号脉冲流形成方法及电路 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Sampling LFM Signal with Stretch Processing based on Finite Rate of Innovation Method;zhiliang wei et al.;《IEEE Instrumentation and Measurement Society to the acceptance and publication》;20210630;全文 * |
复杂脉冲序列的有限新息率采样方法;王亚军 等;《电子与信息学报》;20130731;全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114089326A (zh) | 2022-02-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114089326B (zh) | 一种lfm脉冲信号fri采样结构与参数估计方法 | |
CN204495996U (zh) | 宽带声纳接收器 | |
Zheng et al. | ISAR imaging of targets with complex motions based on the keystone time-chirp rate distribution | |
Malanowski | Comparison of adaptive methods for clutter removal in PCL radar | |
Li et al. | Fast adaptive pulse compression based on matched filter outputs | |
CN109490862A (zh) | 一种基于相位差分统计谱的载频估计方法 | |
CN111224672A (zh) | 一种基于多通道延时的多谐波信号欠采样方法 | |
Zheng et al. | Radar detection and motion parameters estimation of maneuvering target based on the extended keystone transform (July 2018) | |
CN111539323B (zh) | 一种循环前缀线性调频信号的频率估计方法与装置 | |
CN107688167B (zh) | 一种多时宽线性调频脉冲压缩信号幅度包络曲线生成方法 | |
JP5933245B2 (ja) | クラッタ抑圧装置 | |
CN109085568B (zh) | 一种基于二次混频的调频连续波多目标检测方法 | |
CN113708860B (zh) | 一种lfm信号多径时延的估计方法及装置 | |
CN113009465B (zh) | 一种基于两次相位补偿的稳健自适应脉冲压缩方法 | |
CN112965066B (zh) | 一种单比特带通采样合成孔径雷达成像方法 | |
Cui et al. | An ultra-low sidelobe pulse-compression filter | |
CN112731323B (zh) | 一种非理想环境下的雷达回波信号多通道fri欠采样方法 | |
CN108196237A (zh) | 一种抑制fmcw雷达回波信号中寄生调幅的方法 | |
CN106443589B (zh) | 基于Radon-WDL变换的SMSP干扰的参数估计方法 | |
CN113238244B (zh) | 一种fmcw激光测距差拍信号频率估计方法及系统 | |
CN116915561A (zh) | 一种bpsk信号fri采样与间断点参数估计方法 | |
CN115314048A (zh) | 超宽带线性调频信号多通道异步采样与参数估计方法 | |
Roldán et al. | Pulse compression for different types of radar signals. | |
Jiang et al. | Anti-SMSP interference based on fractional order filtering combined with sparse reconstruction | |
CN115420947A (zh) | LFM-BPSK复合调制信号的欠Nyquist采样和参数估计方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |