[发明专利]基于循环移位的立方相位信号参数估计方法有效

专利信息
申请号: 201510133457.4 申请日: 2015-03-25
公开(公告)号: CN104731762B 公开(公告)日: 2017-11-21
发明(设计)人: 吕倩;苏涛;郑纪彬 申请(专利权)人: 西安电子科技大学
主分类号: G06F17/14 分类号: G06F17/14
代理公司: 西安睿通知识产权代理事务所(特殊普通合伙)61218 代理人: 惠文轩
地址: 710071*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 基于 循环 移位 立方 相位 信号 参数估计 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及立方相位信号参数估计技术领域,更具体地,本发明涉及雷达目标检测和参数估计技术领域中的一种基于循环移位的立方相位信号参数估计方法。

背景技术

在雷达、声纳、无线通信、地质勘探和医学成像等实际工程技术应用中,多数信号具有非平稳特性,其相位也具有连续瞬时性。因此,多项式相位信号成为该类领域处理信号最为常见和广泛使用的一种信号模型。

多项式相位信号的相位参数包含着重要信息。在雷达信号处理中,一次相位、二次和三次相位参数分别对应着高速目标的初始速度、加速度及加速度变化率,其估计的准确性对目标的检测和成像具有至关重要的作用。在无线通信中,由于传播介质存在物理扰动,接收系统与目标之间的相对运动产生的多普勒效应会使信号的频率发生变化。在生物界及生活中的信号,如蝙蝠信号、脑电波信号等都可近似视为多项式相位信号,地震波探测和医学成像等其他领域中多项式相位信号也具有应用价值。因此,多项式相位信号已成为非平稳信号处理领域中的重要研究对象,其研究重点在于基于立方相位信号的检测和参数估计。说明立方相位信号的定义和概念。

目前,基于时频分析方法的立方相位信号参数估计方法大致有离散调频率傅里叶变换(Discrete Chirp Fourier Transform,DCFT)、多项式Winger-Ville分布(Polynomial Winger-Ville Distribution,PWVD)、高阶模糊函数法(High-Order Ambiguity Function,HAF)以及基于HAF的乘积型高阶模糊函数(Product High-Order Ambiguity Function,PHAF)等算法。然而,PWVD算法和HAF算法需要利用高阶多重变换求取信号的高阶瞬时自相关函数,再进行傅里叶变换,先估计出最高阶系数,再通过多次解调频(Dechirp)降低信号相位阶数,依次估计其他相位系数,如此重复,直到估计出所有的相位参数。该类方法的缺陷在于对于多分量的立方相位信号参数是从高阶到低阶是顺序估计的,低阶相位参数的估计性能依赖于高阶参数估计的精确度,这会引起严重的误差传递(Error Propagation)效应。另外,此类方法都是对非均匀采样数据采用傅里叶变换,无法利用FFT快速的完成相应的傅里叶变换,而且会对参数的估计精度产生一定的影响。针对立方相位信号的DCFT算法不会产生交叉项问题,其不足之处在于它是通过二维搜索实现调频率和二次调频率的估计,搜索过程将导致庞大的运算量,增加系统的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足,提出基于循环移位的立方相位信号参数估计方法。该方法弥补了传统多项式相位信号参数估计算法中多个参数依次估计、搜索过程复杂、计算量大等缺陷,利用非均匀快速傅里叶变换(Non-uniform Fast Fourier Transform,NUFFT)实现信号的时频分布以及循环移位的方法,实现了多个参数同时估计,同时利用NUFFT算法和循环移位操作大大减小了检测过程中的计算量。

实现本发明的思路是:首先给出离散立方相位信号的参数表达式,然后利用非均匀快速傅里叶变换求取该立方相位信号的时频(Time-Doppler Frequency)分布,再对已得到的时频分布转换其参数空间并进行循环移位累加操作,最后利用峰值检测同时完成调频率和二次调频率的联合估计。

为实现上述技术目的,本发明采用如下技术方案予以实现。

基于循环移位的立方相位信号参数估计方法包括以下步骤:

步骤1,获取单分量立方相位信号z(n),n表示离散时间变量;

步骤2,定义所述单分量立方相位信号的瞬时自相关函数Rz(n,m),Rz(n,m)=z(n+m)z(n-m),其中,m表示离散延时变量;

步骤3,对所述单分量立方相位信号的瞬时自相关函数Rz(n,m)沿离散延时变量m的坐标轴进行非均匀快速傅里叶变换,得出所述单分量立方相位信号的时频分布Wz(σ,n),得出所述单分量立方相位信号的时频分布的模值Dσ,n,σ表示频率变量;

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