CN115856424A - 基于峰邻比值的信号频率与幅度自适应提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明数字信号处理领域,公开了基于峰邻比值的信号频率与幅度自适应提取方法,本发明通过正弦回波信号的最大幅值与最优邻近值获取峰邻比值,同时获取符号因子。本发明在传统的离散傅里叶变换的基础上,根据峰邻近比值,能够获取更高精度的频率值与对应频率的信号幅度值。本发明能够获取正弦回波信号的最大幅值与最优邻近值的峰邻比值,以及峰邻比值所对应的符号因子,根据符号因子和峰邻比值,计算信号频率和信号幅度,再根据信号频率和信号幅度得到残差信号,本发明能够在频差接近两倍频率分辨率,且功率相差较大的情况下,能获取低功率的信号幅度与频率。
Description
技术领域
本发明属于接收信号检测领域,具体涉及基于峰邻比值的信号频率与幅度自适应提取方法。
背景技术
频率与幅度提取在天线测量系统、导航通信、无线电侦查、等目标检测与识别领域的应用非常广泛。常用的频率与幅度提取方法是对信号做离散傅里叶变换,而后提取信号的幅度谱的峰值点,用峰值点对应的频率作为获取的信号频率,同时用峰值点的值作为信号的幅度值。由于离散傅里叶变换的精度是有限的,导致计算出结果与实际的结果存在一定的偏差。其次当两个信号频率频差较近,比如为2倍离散傅里叶变换的频率分辨率,与此同时其中一个信号的功率比另外一个信号功率大不少。在种情况下,传统的方法将无法检测到另外一个较小功率信号的幅度与频率。这将直接导致检测算法直接对目标漏检。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供基于峰邻比值的信号频率与幅度自适应提取方法,够获取更高精度的频率值与对应频率的信号幅度值。
为了达到上述目的,本发明包括以下步骤:
S1,根据接收到的待检测信号生成正弦回波信号;
S2,对正弦回波信号做离散傅里叶变换;
S3,根据预设门限值,获取离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最大幅值,以及离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最大幅值对应的最优邻近值;
S4,获取离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最大幅值与离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最优邻近值的峰邻比值,以及峰邻比值所对应的符号因子;
S5,根据符号因子和峰邻比值,获得信号频率和信号幅度,完成待检测信号的信号频率和信号幅度的提取;
S6,根据信号频率和信号幅度得到残差信号,将残差信号标记为待检测信号,执行S1,直到待检测信号中包含的目标频率和目标幅度被全部检测出。
S3中,获取离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最大幅值,以及最大幅值对应的最优邻近值的具体方法如下:
S4中,获取正弦回波信号的最大幅值与最优邻近值的比值,以及比值所对应的符号因子的具体方法如下:
S5中,根据符号因子和峰邻比值,获得信号频率的具体方法如下:
S5中,根据符号因子和峰邻比值,获得信号幅度的具体方法如下:
S6中,根据信号频率和信号幅度得到残差信号的具体方法如下:
离散傅里叶变换前的正弦回波信号结合对消信号,得到残差信号。
与现有技术相比,本发明通过离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最大幅值与离散傅里叶变换后的正弦回波信号最优邻近值获取峰邻比值,同时获取符号因子。本发明在传统的离散傅里叶变换的基础上,根据峰邻近比值,能够获取更高精度的频率值与对应频率的信号幅度值。本发明能够获取离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最大幅值与离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最优邻近值的峰邻比值,以及峰邻比值所对应的符号因子,根据符号因子和峰邻比值,计算信号频率和信号幅度,再根据信号频率和信号幅度得到残差信号,本发明能够在频差接近两倍频率分辨率,且功率相差较大的情况下,能获取低功率的信号幅度与频率。
附图说明
图1为本发明的流程图;
图2a为正弦回波信号的实部示意图;
图2b为正弦回波信号的虚部示意图;
图2c为变换后的正弦回波信号示意图;
图3a为第一次DFT变换结果时正弦回波信号的最大幅值和对应的左邻值与右邻值的示意图;
图3b为第二次DFT变换结果时正弦回波信号的最大幅值和对应的左邻值与右邻值的示意图;
图3c为第三次DFT变换结果时正弦回波信号的最大幅值和对应的左邻值与右邻值的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明对待检测信号做离散傅里叶变换获取信号幅度谱,通过幅度谱获取满足条件的幅度谱的最大幅值。用优选法得到幅度谱的最大幅值对应的最优邻近值。同时记下幅度谱的最大幅值与最优邻近值对应的索引。通过幅度谱的最大幅值与最优邻近值获取峰邻比值,同时获取符号因子。结合离散傅里叶变换点数与采样频率得到频率补偿因子以及幅度更新权值,用幅度谱最大幅值索引与频率补偿因子得到待检测信号的频率,用幅度谱最大幅值与幅度更新权值得到信号的幅度。再根据检测到频率计算对应的检测出来的信号初相。结合初相与频率、幅度得到抵消信号,用原来信号与抵消信号进行相减,得到残差信号,重新标记为待检测信号,继续进行满足条件的条件判断,直到所有待检测信号中包含目标的频率、幅度都检测出来为止。
参见图1,本发明包括以下步骤:
步骤四,获取正弦回波信号的最大幅值与离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最优邻近值的峰邻比值,以及峰邻比值所对应的符号因子;
步骤五,根据符号因子和峰邻比值,获得信号频率和信号幅度,完成信号频率和信号幅度的提取;
步骤六,根据信号频率和信号幅度得到残差信号,将残差信号标记为待检测信号,执行步骤一,直到待检测信号中包含的目标频率和目标幅度被全部检测出。
实施例:
1、仿真环境
在Matlab2007下进行仿真。
2、输入数据
三个目标,且目标的距离相同的复数回波信号,三个回波信号的信噪比分别为35、5、0。幅度分别为79.5271、2.5149、1.4142。对应的初相分别为60度、45度、30度。复数噪声的方差为2。设为10000Hz,离散傅里叶变换点数设为256。第一个信号的数字中频设为683.6Hz,第二个信号的数字中频设为761.7Hz,第三个信号的数字中频设为839.8Hz。
3、仿真结果
在该仿真中,一共有3个回波信号,从图2a、图2b和图2c的时域与频域中,我们难以看到另外两个相对功率较弱的信号。从图3a可以看出,即便是能够看到最大功率回波信号对应的幅度谱。但是,由于DFT本身分辨率的局限性,无法体现该对应信号实际的对应频率与幅度。从图3b可以看出,当检测出最大功率信号对应的幅度、频率、初相之后,利用这些参数值生成新对消信号,再运行到步骤3,此时可以看到第二个信号对应的幅度谱对应的最大峰值以及左右邻值。从图3c可以看出,当再次运行到步骤三,能看到第三个信号的幅度谱对应的峰值最大值与左右邻值。
传统方法与本发明方法获取信号幅值与频率如下表所示:
表1 多普勒检测结果比对(单位:Hz)
表2 幅度检测结果的比对
从仿真结果可以看出,无论是频率检测还是幅度检测,本发明不仅能够在检测精度上,较传统有着明显提高,而且能够在检测出在幅度谱中被强回波信号覆盖的弱信号的频率与幅度。
Claims (10)
1.基于峰邻比值的信号频率与幅度自适应提取方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,根据接收到的待检测信号生成正弦回波信号;
S2,对正弦回波信号做离散傅里叶变换;
S3,根据预设门限值,获取离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最大幅值,以及离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最大幅值对应的最优邻近值;
S4,获取离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最大幅值与离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最优邻近值的峰邻比值,以及峰邻比值所对应的符号因子;
S5,根据符号因子和峰邻比值,获得信号频率和信号幅度,完成待检测信号的信号频率和信号幅度的提取;
S6,根据信号频率和信号幅度得到残差信号,将残差信号标记为待检测信号,执行S1,直到待检测信号中包含的目标频率和目标幅度被全部检测出。
4.根据权利要求3所述的基于峰邻比值的信号频率与幅度自适应提取方法,其特征在于,S3中,获取离散傅里叶变换后的正弦回波信号的最大幅值,以及最大幅值对应的最优邻近值的具体方法如下:
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