[发明专利]一种多分量线性调频信号时频分析方法

权利要求书

1.一种多分量线性调频信号时频分析方法，其特征在于，所述时频分析方法包括以下步骤：

S1、对水声通信系统接收到的多分量线性调频信号以T_s为采样周期采样得到离散的多分量线性调频信号S(n_t)，并定义非完全残差R(n_t)解决基于ACMD算法结合残差的自适应时频分析方法中存在的时频脊线断裂问题；

S2、对非完全残差R(n_t)做短时傅里叶变换得到时频矩阵TF(n_t,n_f)；

S3、采用改进的时频脊线估计算法估计TF(n_t,n_f)中具有最大能量的时频脊线向量i表示第i个分量，1≤i≤M；

S4、将步骤S3中得到的作为ACMD算法的初始频率，利用ACMD算法分解非完全残差R(n_t)得到对应的信号分量瞬时幅度和更新的对更新的做线性拟合得到对应的调频斜率估计值起始频率估计值以及时频脊线向量最终估计值更新非完全残差R(n_t)，并判断是否已存在，根据是否存在的判断结果确定是否需要更新阈值残差R_th(n_t)；

S5、判断阈值残差R_th(n_t)是否达到设定的结束阈值(1-α)S(n_t)，如果阈值残差大于结束阈值则跳转到S2继续执行，否则整个时频分析方法结束得到各个分量信号的时频脊线向量瞬时幅度调频斜率和起始频率

其中，所述步骤S1过程如下：

对水声通信系统接收到的多分量线性调频信号以T_s为采样周期采样得到离散的多分量线性调频信号S(n_t)，并定义非完全残差表达式，多分量线性调频信号S(n_t)的表达式如下：

其中N_t是S(n_t)的长度，M是S(n_t)的分量总个数，n(n_t)为高斯白噪声，A_i(n_t)是第i个分量信号的幅度，f_i是第i个分量信号的起始频率，k_i是第i个分量信号的调频斜率；

接收信号与当前估计到的分量信号之间的差记作：

其中表示第i个分量信号的估计值，为了处理基于ACMD算法结合残差的自适应时频谱存在的时频脊线断裂问题，在计算残差时保留当前估计到的第i个分量信号的部分能量，定义非完全残差R(n_t)，表达式如下：

其中，0＜α＜1，α的取值由信噪比SNR决定，即α＝g(SNR)，g(SNR)在(-∞,+∞)上是单调递减函数，由一元线性函数、双边指数函数或argtan函数构成，非完全残差R(n_t)的初始值是接收信号S(n_t)，即R(n_t)＝S(n_t)。

2.根据权利要求1所述的一种多分量线性调频信号时频分析方法，其特征在于，所述步骤S2过程如下：

对非完全残差R(n_t)做短时傅里叶变换得到时频矩阵TF(n_t,n_f)，表达式如下：

其中w(m)是窗函数，w(n_t-m)表示窗函数在时间上反转并有n_t个样本偏移量，x(m)是短时傅里叶变换的输入信号，m是输入信号x(m)的采样点，取残差R(n_t)作为输入信号，N_f表示以T_f为采样周期对频率采样得到的频率总点数，n_f是取值从1到N_f的频率采样点。