[发明专利]一种无线电多普勒信号频率提取和脱靶量测量方法

权利要求书

1.一种无线电多普勒信号频率提取和脱靶量测量方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)将获取到的连续波无线电多普勒信号在设定的窗函数和窗口宽度下进行短时傅里叶变换STFT，得到该信号的时间-频率分布；

(2)将时间-频率分布图中每个功率谱密度PSD点的估计值重新分配，使其收缩到其能量重心的位置，得到每个PSD估计的重心频率和时间；

(3)根据原信号的平均能量值，选择合适的信噪比阈值；

(4)对得到的时频分布按照能量的阈值强度进行过滤；

(5)利用以上频率提取方法在过滤后的时频谱图中，按照使得代价函数值最小的规则，选出合适的分布点，作为反映该多普勒信号的时频变化关系曲线的待拟合点集；

(6)按照多普勒信号函数模型进行非线性拟合，得到该多普勒信号的时间-频率关系的表达式。

2.根据权利要求1所述的无线电多普勒信号频率提取和脱靶量测量方法，其特征在于：所述步骤(3)中，选取的阈值根据信号实际的信噪比情况进行选择。

3.根据权利要求2所述的无线电多普勒信号频率提取和脱靶量测量方法，其特征在于：所述步骤(3)中，选取的阈值为-20dB或-30dB。

4.根据权利要求3所述的无线电多普勒信号频率提取和脱靶量测量方法，其特征在于：所述步骤(5)中，构造的频率特征点提取依照下列代价函数进行：

其中，表示瞬时频率的估计值,时间点n∈[n₁,n₂]，k(n)表示路径，即n时刻的频率值，K表示从n₁到n₂的所有可能路径的集合，TF(n,k(n))表示时频点；

在(1)式中g(k(n),k(n+1))为相邻时刻平滑代价函数，其构建根据公式(2)：

其中，c为常系数，表示平滑代价函数的权重,x和y分别代表两相邻时刻点所选取路径点的频率值；允许波动值Δ的选择，取决于两相邻点间瞬时频率变化的最大允许值。

5.根据权利要求4所述的无线电多普勒信号频率提取和脱靶量测量方法，其特征在于：在公式(1)中，h(TF(n,k(n)))为同时刻能量排位代价函数，k(n)表示路径，即n时刻的频率值，故也可写做h(TF(n,f))，其构建根据：首先，将n时刻的所有时频点TF按其能量大小排列，此处以非递增的顺序排列为例：

TF(n,f₁)≥TF(n,f₂)≥L≥TF(n,f_j)≥TF(n,f_Q)，

然后按照下述函数计算各个点的排位代价函数值：

h(TF(n,f_j))＝m·(j-1) (3)

其中，j表示时频点在该时刻所排队列中的位置，N为该信号频率点的个数，且j＝1,2,…N，m为排位代价的权重参数。

6.根据权利要求5所述的无线电多普勒信号频率提取和脱靶量测量方法，其特征在于：在公式(1)中，项为路径值累计和，用于记录之前已经选择的路径代价值的累计值，d为已选路径代价累计值的影响因子系数，依据前述各代价函数的实际代价值的大小选取。

7.根据权利要求6所述的无线电多普勒信号频率提取和脱靶量测量方法，其特征在于：在步骤(5)中，选取分布点时，使用动态规划的编程方法实现，以降低本方法的时间复杂度。

8.根据权利要求7所述的无线电多普勒信号频率提取和脱靶量测量方法，其特征在于：所述步骤(6)中，拟合所使用的多普勒信号函数模型表达式为：

其中，F_d表示多普勒频率值，V_r表示引信和波反射源的相对运动速度,λ表示波长；该表达式显然为t_i和F_d的非线性函数，表达式中的待定系数有两个：t_ρ表示交会时间，ρ表示脱靶量；

利用步骤(5)得到的时频特征点对公式(4)进行拟合，得到其中的待定系数，求得多普勒信号的瞬时频率估计表达式，通过代入不同的时刻值求得对应时刻的多普勒频率估计值。