[发明专利]一种基于沿特征提取的脉冲信号到达时间与脉宽估计方法

说明书

本发明提供一种基于沿特征提取的脉冲信号到达时间与脉宽估计方法，从脉冲信号采样数据序列中提取脉冲信号包络，在此基础上对脉冲包络归一化与差值序列计算，然后计算脉冲信号上升沿和下降沿综合评价因子，并估计出脉冲信号到达时间和脉宽。该方法通过脉冲前后沿特征评价因子，充分利用了脉冲的前后沿特征，可以用较小的运算量同时实现声纳脉冲信号的达到时间和脉宽的精确估计，工程实用性强，适合对信号进行实时处理。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种基于沿特征提取的脉冲信号到达时间与脉宽估计方法。

背景技术

脉冲信号的到达时间与脉宽是表征脉冲信号时域特征的重要参数，对含噪声脉冲信号的到达时间与脉宽进行估计是信号处理领域的一个重要研究课题，在声纳、雷达以及电子战等领域具有重要的理论和应用价值，尤其在雷达和声纳信号处理中所占的地位更为突出。

目前国内外学者提出了许多脉冲信号到达时间与脉宽估计方法，主要有时域能量检测法，短时傅里叶变换法(Short TimeFourier Transform，STFT)，分段FFT法，Haar小波变换边缘检测法，自相关算法和脉冲包络边缘检测法。其中时域能量检测法无需任何先验条件适用范围最广，在高信噪比条件下可接近参数估计的克拉美罗下界(Cramer-Rao LowBound，CRLB)，但该方法对信噪比要求高，且属于非线性的方法，存在小信号抑制效应；短时傅里叶变换法实现简单，稳健性高，但该方法估计精度取决于STFT的时间步进，适用于对到达时间和脉宽估计精度要求不高的场合；分段STFT法，先将接收信号分段作FFT，检测信号并确定信号起点所在的分段，然后将该段的FFT数据取平方，再作FFT，取模的极大值作为到达时间估计值，但平方运算引入了非线性运算，低信噪比时性能不佳；Haar小波变换边缘检测法利用相关检测算法，对信号的起止时间进行粗估计，在检测到信号的条件下，估计出信号频率并将其变换至基带，在一定尺度下对基带信号作Haar小波变换，检测出小波变换模值的峰点位置作为到达时间精估计，该方法充分利用了Haar小波变换具有边缘检测及定位信号突变点的能力，但脉冲信号到达时间与脉宽估计是一种典型的双阶跃型边缘检测问题，参数估计精度对小波尺度选择的合理性十分敏感；自相关算法利用脉冲信号与宽带噪声的时间相关性差异，通过相关运算，达到抑制噪声、检测信号的目的，适用于调频脉冲信号的到达时间与脉宽的估计，但由于单频脉冲信号自相关峰不够尖锐，自相关峰检测困难，该方法对单频脉冲信号的到达时间与脉宽估计适用性差。

脉冲包络边缘检测法充分利用了脉冲包络沿的瞬变特征，近年来得到了广泛的关注与研究，该类方法在高信噪比条件下估计精度较高，但传统的脉冲包络边缘检测法往往存在两方面的不足：(1)直接利用希尔伯特变换提取脉冲信号包络，几乎没有任何处理增益，对脉冲信号的信噪比要求高；(2)直接利用脉冲信号包络的一阶或二阶差分作为脉冲信号包络前后沿瞬变特征的评价因子，提取脉冲信号前后沿，当脉冲信号经过信道传播，导致接收信号存在多途或混响干扰，从而使脉冲信号包络发生畸变时，该类方法不再适用。

发明内容

发明目的：本发明提供一种基于沿特征提取的脉冲信号到达时间与脉宽估计方法，在满足雷达和声纳信号处理需求的前提下，可起到抗多途和混响干扰的作用，克服统脉冲包络边缘检测法的不足，在运算量相当的条件下，脉冲信号到达时间与脉宽估计性能较传统的脉冲包括边缘检测法有明显改进。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种基于沿特征提取的脉冲信号到达时间与脉宽估计方法，包括如下步骤：

(1)获取待处理的脉冲信号采样数据序列：从传感器接收N个采样点的实时采集数据作为待处理的数据序列x(n)，n＝0，1，…，N-1，或从存储器中提取包含整个脉冲信号的N个采样点数据作为待处理的数据序列x(n)，n＝0，1，…，N-1，所述的N为包含整个脉冲信号的采样点数，取值为2的整数次幂；

(2)提取脉冲信号包络：对所述数据序列x(n)依次做离散傅里叶变换，频域带通滤波，离散傅里叶逆变换和取模运算得到其脉冲信号包络数据序列y(n)；