[发明专利]一种线性调频信号调频率和起始频率估计方法

摘要

本发明公开了一种线性调频信号调频率和起始频率估计方法，该方法包括以下步骤：第一步：获取数据序列x(n),n＝0,1,2,…,N-1；第二步：参数初始化；第三步：计算第i个短时窗内的数据序列x_i(m)的功率谱Y_i(l₂)；第四步：采用Rife插值算法估计出本短时窗内数据序列的瞬时频率估计值f_i；第五步：判断是否处理完所有短时窗的数据序列：如果未处理完,返回第三步，否则转入第六步；第六步：计算第k次迭代权重第七步：判断是否满足迭代加权最小二乘线性拟合停止条件：如不满足，返回第六步，否则转入第八步；第八步：计算出调频率和起始频率参数。该方法无需进行复杂的计算和参数搜索，在保证快速估计前提下，可以提高参数估计的精度。

主权项

1.一种线性调频信号的调频率和起始频率估计方法，其特征在于，该估计方法包括以下步骤：第一步：获取数据序列x(n),n＝0,1,2,…,N-1：从传感器接收N个采样点的实时采集数据或从存储器中提取从检测到信号时刻起始的N个采样点的数据作为待处理的数据序列x(n),n＝0,1,2,…,N-1，所述的N为检测到的线性调频信号脉宽所对应的采样点个数；第二步：参数初始化：设置短时窗长M、短时窗移动步进L、最大迭代次数门限K和精度控制指标ε，计算出总的短时窗个数表示向下取整运算，初始化短时窗序号i＝1，所述短时窗长M取值为为2的整数次幂且满足M＜N/2，L取值为K取值为大于2的正整数，ε取值为小于0.1的正数；第三步：对第i个短时窗内的数据序列x_i(m)做离散傅里叶变换并计算其功率谱Y_i(l₂)：第i个短时窗内的数据序列为x_i(m)＝x(n_i),m＝0,1,…,M-1，n_i＝(i-1)L,(i-1)L+1,…,(i-1)L+M-1，用下列式1对x_i(m)做离散傅里叶变换Xi(l1)=Σm=0M-1xi(m)e-j2πMml,]]>l₁＝0,1…M-1  式1其中X_i(l₁)表示离散傅里叶变换的结果，j表示虚数单位，即则功率谱Y_i(l₂)为l₂＝l₁且l₂＝0,1,2…M/2-1  式2第四步：采用Rife插值算法估计出第i个短时窗内数据序列的瞬时频率估计值f_i：Rife插值算法的公式为fi=(Li-1+δ0i)Δf]]>式3其中L_i为功率谱Y_i(l₂)最大值对应的离散频率索引值，Δf＝f_s/M为短时窗长度为M的离散傅里叶变换的频率分辨率，f_s为采样频率，为该短时窗内数据序列频率与功率谱Y_i(l₂)最大值对应的离散频率索引值的相对偏差，其表达式为δ0i=Yi(Li+1)Yi(Li+1)+Yi(Li)Yi(Li+1)>Yi(Li-1)-Yi(Li-1)Yi(Li-1)+Yi(Li)Yi(Li+1)<Yi(Li-1)0Yi(Li+1)=Yi(Li-1)]]>式4第五步：判断是否处理完所有短时窗的数据序列：如果i≤I-1，则令i＝i+1，并回到第三步，否则令迭代次数k＝1，并进入第六步；第六步：计算第k次迭代中第i个短时窗内数据序列的瞬时频率估计值所对应的加权权重wik=1k=11|fi-fik-1|+σ1k>1]]>式5其中，σ₁为权重修正因子，σ₁为任一大于0的数，为第k-1次迭代过程中第i个时间窗内数据序列的瞬时频率拟合值，通过对所述第四步中得到的瞬时频率估计值f_i进行加权最小二乘线性拟合得到，即：kik-1=bki+ak]]>其中a^k,b^k通过在表达式中分别对a^k,b^k求导并令导数为0，并写成矩阵形式为Σi=1Ii2wikΣi=1IiwikΣi=1IiwikΣi=0I-1wikbkak=Σi=1IiwikfiΣi=1Iwikfi]]>对上式求解即可得到ak=Σi=1Ii2wikΣp=1Iwpkfp-Σi=1IiwikΣp=1IpwpwfpΣi=1Ii2wikΣp=1Iwpk-Σi=1IwikΣp=1Iwpk]]>式6bk=Σi=1IwikΣp=1Ipwpkfp-Σi=1IiwikΣp=1IwpkfpΣi=1Ii2wikΣp=1Iwpk-Σi=1IwikΣp=1Iwpk]]>式7 其中p＝1,2,…I；第七步：判断是否满足迭代加权最小二乘线性拟合停止条件：用计算得到第k次迭代的加权残差平方和如果k≤K-1且则令k=k+1，并回到第六步，否则进入第八步；第八步：计算出信号调频率和起始频率参数：分别通过计算得到起始频率f_l的估计值和调频率μ的估计值