CN114487595A - 单频脉冲信号检测方法 - Google Patents

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CN114487595A
CN114487595A CN202111680509.1A CN202111680509A CN114487595A CN 114487595 A CN114487595 A CN 114487595A CN 202111680509 A CN202111680509 A CN 202111680509A CN 114487595 A CN114487595 A CN 114487595A
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pulse signal
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frequency
spectrum
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CN202111680509.1A
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查继林
王方勇
唐浩
尚金涛
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715th Research Institute of CSIC
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715th Research Institute of CSIC
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    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/12—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into phase shift
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种单频脉冲信号检测方法，包括接收信号；根据脉冲宽度对接收信号进行分段，分段后的每段信号xi的长度为N；对各段数据进行傅立叶变换；计算与脉冲宽度相等的矩形窗信号的离散傅立叶变换，傅立叶变换长度为N；然后进行解卷积，获得信号频谱；设定检测阈值，检测信号频谱，寻找信号频谱峰值，当峰值大于检测阈值时，则认为检测到单频脉冲信号。本发明使用解卷积方法，对信号的谱进行解卷运算，增强单频脉冲信号谱的峰值，消除频率模糊和旁瓣泄露，提高后续检测概率。

Description

单频脉冲信号检测方法
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种单频脉冲信号检测方法。
背景技术
单频脉冲信号易于产生与发射，结构简单，便于分析处理，是研究最为深入、使用最为广泛的信号形式之一。单频脉冲信号检测广泛应用于雷达、声纳、通信、医疗等领域。单频脉冲信号因其带宽较窄，易受发射、接收及介质运动影响而产生频偏，难以使用脉冲压缩技术进行检测。工程上现有常规方法一般采用对接收信号做傅立叶变换，在其给定频率附近搜索峰值以检测信号。脉冲信号脉宽有限，可视为无限长单频信号在时域加窗，因此直接进行傅立叶变换会造成信号频带展宽而引起频率模糊、分辨率降低、频率估计误差增大；同时，常规方法脉冲能量泄露到其他频点产生旁瓣，对其他频率造成影响。
基于此，做出本申请。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种单频脉冲信号检测方法，使用解卷积方法，对信号的谱进行解卷运算，增强单频脉冲信号谱的峰值，在一定程度上消除频率模糊和旁瓣泄露，提高后续检测概率。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种单频脉冲信号检测方法，包括如下：
步骤1，接收信号；
步骤2，根据脉冲宽度对接收信号进行分段，分段后的每段信号xi的长度为N；
步骤3，对各段数据进行傅立叶变换；
步骤4，计算与脉冲宽度相等的矩形窗信号的离散傅立叶变换，傅立叶变换长度为N；
步骤5，利用步骤3和步骤4得到的傅立叶变换进行解卷积，获得信号频谱；
步骤6，设定检测阈值，检测信号频谱，寻找信号频谱峰值，当峰值大于检测阈值时，则认为检测到单频脉冲信号，反之，则无。
本发明提供了一种优选方案，步骤2中，脉冲信号完整地存在于分段后的某段数据中；相邻信号段之间部分重叠；分段后的每段信号长度为单频脉冲信号的2倍，且其中至少一段信号长度的50％与单频脉冲信号重叠。
与现有技术相比，本发明能实现如下有益技术效果：
(1)本发明提供了一种单频脉冲信号检测方法，研究了频率扩展产生的原因，将单频脉冲信号分解为矩形窗函数与单频信号得乘积，在频域进行解卷积，增大了输出信噪比，提高了信号检测概率。
(2)同时，解卷积一定程度上消除了因加窗引起的频率扩展造成的频率模糊，使得频率估计更为准确。
(3)本发明对单频脉冲信号的旁瓣的幅度和位置进行了估计和抵消，减少了能量泄露都其他频率的影响。
(4)相较于其他高分辨方法，本方法基本不影响其他频率的幅值，不改变信号的频谱结构，能够更为真实地反应各频率的能量分布。
(5)本方法与待检测信号的频率无关，可适用于未知频率或频率偏移较大的单频脉冲信号检测。
总之，时域加窗等效于频域上窗函数的谱与冲击函数的卷积，窗函数的谱已知，因此，本发明使用解卷积方法，对信号的谱进行解卷运算，增强单频脉冲信号谱的峰值，消除频率模糊和旁瓣泄露，提高后续检测概率。
附图说明
图1为本实施例单频脉冲信号检测方法的流程图；
图2为本实施例典型矩形窗信号的频谱图；
图3为本实施例接收信号分段方式示意图；
图4为采用常规方法的仿真结果图；
图5为采用本实施例方法的仿真结果图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的披露，兹提供了以下实施例，并结合附图作如下详细说明：
请参阅图1，本实施例的一种单频脉冲信号检测方法，包括如下：
步骤1，接收信号；
步骤2，根据脉冲宽度对接收信号进行分段，分段后的每段信号xi的长度为N，确保脉冲信号完整的存在于某段信号，同时数据又不能过长，以保证信号的信噪比；相邻信号段之间要有一定重叠，防止脉冲信号被截断，同时保留一定的历史信息。工程上信号段长度通常为单频脉冲信号的2倍，50％重叠。如图3中绿色部分为单频脉冲信号，完整的保留在数据段xi中。
步骤3，对各段数据进行傅立叶变换；为处理边界问题，取定义在
Figure RE-GDA0003527855470000041
上的值，保留其幅度忽略相位部分得Xi(k)。
步骤4，计算与脉冲宽度相等的矩形窗信号的离散傅立叶变换，傅立叶变换长度为N；离散傅立叶变换取定义在
Figure RE-GDA0003527855470000042
上的值，保留其幅度，忽略其相位部分得GT(k)。典型矩形窗信号的傅立叶变换如图2所示。
步骤5，利用步骤3和步骤4得到的傅立叶变换进行Lucy-Richardson迭代解卷积，根据具体场景，选择合适的迭代次数，在输出长度为
Figure RE-GDA0003527855470000043
的结果中取中间N点数据，即为新的定义在
Figure RE-GDA0003527855470000044
上的信号频谱Xi(k)。
步骤6，设定检测阈值，检测信号频谱，在信号频谱Xi(k)寻找峰值，寻找信号频谱峰值，当峰值大于检测阈值时，则认为检测到单频脉冲信号，反之，则无。
单频脉冲信号可以看作单频信号与矩形窗函数的乘积，即
cwT(t)＝GT(t)·exp(jω0t) (1)
式中cwT(t)为单频脉冲信号，GT(t)为脉宽的T的矩形窗函数，则cwT(t)的频谱
Figure RE-GDA0003527855470000045
式2表示频谱CWT(ω)是矩形窗函数GT(t)的频谱
Figure RE-GDA0003527855470000046
域冲激函数δ(ω-ω0)的卷积，正是
Figure RE-GDA0003527855470000047
函数引起了频率模糊和旁瓣，因此本方法考虑采用适当的方法如Lucy-Richardson算法等进行解卷积进而逼近冲击函数，减少频率模糊，消除旁瓣，将能量集中于主瓣。
如图4和图5，为仿真数据常规方法与本方法归一化结果比较，可见本方法峰值更尖锐，噪声更小。
以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种单频脉冲信号检测方法，其特征在于，包括如下：
步骤1，接收信号；
步骤2，根据脉冲宽度对接收信号进行分段，分段后的每段信号xi的长度为N；
步骤3，对各段数据进行傅立叶变换；
步骤4，计算与脉冲宽度相等的矩形窗信号的离散傅立叶变换，傅立叶变换长度为N；
步骤5，利用步骤3和步骤4得到的傅立叶变换进行解卷积，获得信号频谱；
步骤6，设定检测阈值，检测信号频谱，寻找信号频谱峰值，当峰值大于检测阈值时，则认为检测到单频脉冲信号，反之，则无。
2.如权利要求1所述的一种单频脉冲信号检测方法，其特征在于，步骤2中，脉冲信号完整地存在于分段后的某段数据中。
3.如权利要求1所述的一种单频脉冲信号检测方法，其特征在于，步骤2中，相邻信号段之间部分重叠。
4.如权利要求1所述的一种单频脉冲信号检测方法，其特征在于，其特征在于，步骤2中，分段后的每段信号长度为单频脉冲信号的2倍，且其中至少一段信号长度的50％与单频脉冲信号重叠。
5.如权利要求1所述的一种单频脉冲信号检测方法，其特征在于，步骤3中，傅立叶变换取定义在
Figure FDA0003441947530000011
上的值，保留其幅度但忽略其相位部分，得
Figure FDA0003441947530000012
6.如权利要求1所述的一种单频脉冲信号检测方法，其特征在于，步骤4中，离散傅立叶变换取定义在
Figure FDA0003441947530000013
上的值，保留其幅度但忽略其相位部分，得GT(k)。
7.如权利要求1所述的一种单频脉冲信号检测方法，其特征在于，步骤5中，采用Lucy-Richardson迭代解卷积，选择合适的迭代次数，在输出长度为
Figure FDA0003441947530000021
的结果中取中间N点数据，为新的定义在
Figure FDA0003441947530000022
上的信号频谱Xi(k)。
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