專利名稱：頻率估計(jì)的一種多段信號(hào)融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，特別是頻率估計(jì)的一種多段信號(hào)融合方法。
背景技術(shù)：
多段信號(hào)是指對(duì)同一對(duì)象或相關(guān)對(duì)象進(jìn)行多次采樣得到的若干段相關(guān)信號(hào)。例如，多個(gè)分段線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的回波信號(hào)經(jīng)過去斜處理、低通濾波后，可構(gòu)成多段同頻信號(hào)(即多段頻率相同的信號(hào))；電子偵察中相參雷達(dá)獲得的多段偵收數(shù)據(jù)，也表現(xiàn)為多段信號(hào)形式。從信息論觀點(diǎn)來看，多段信號(hào)具有數(shù)倍于單段信號(hào)的信息量，易于獲取， 對(duì)多段信號(hào)進(jìn)行融合處理是提高信號(hào)處理精度的有效途徑之一，可廣泛應(yīng)用于頻率估計(jì)， LFM(Linear Frequency Modulated)信號(hào)參數(shù)估計(jì)，跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)和VC0(Voltage Controlled Oscillator)非線性度校正等諸多領(lǐng)域，具有重要研究意義和應(yīng)用價(jià)值。目前，基于多段信號(hào)融合的頻率估計(jì)方法主要有以下幾種(1)卡布分布法(參考文獻(xiàn)[1] :Becker K. New algorithm for frequency estimation from short coherent pulses of a sinusoidal signal[C]. Radar and Signal Processing, IEEE Proceedings F, Aug6,1990 (4) :283-288):該方法的基本思想是利用卡布分布對(duì)多段短時(shí)正弦信號(hào)進(jìn)行信息融合，進(jìn)而估計(jì)出信號(hào)頻率，但要求各段信號(hào)是相參的，在工程應(yīng)用中較難滿足，因此實(shí)用性不強(qiáng)，且不能處理多段不同頻信號(hào)，即多段頻率不同的信號(hào)。(2) Yule-Walker 公式法(參考文獻(xiàn)[2] =Sill J A, Black Q R. Frequency estimation from short pulses of sinusoidal signals[C]. Military Communications Conference, Conference Proceedings, IEEE，21_240ct，1996， McLean, VA, USA,1996(3) 979-983)該方法是對(duì)卡布分布法的改進(jìn)，其基本思想是利用Yule-Walker公式對(duì)多段短時(shí)正弦信號(hào)進(jìn)行信息融合，從而估計(jì)出信號(hào)頻率。雖然不要求各段信號(hào)相參，但要求各段信號(hào)滿足特定迭代關(guān)系，在工程應(yīng)用中較難滿足，且仍不能處理多段不同頻信號(hào)。(3)頻譜平均法(參考文獻(xiàn)[3]劉良兵.頻率估計(jì)的信息融合方法及其應(yīng)用[D]. 重慶后勤工程學(xué)院博士學(xué)位論文，2008年6月1 該方法的基本思想是對(duì)多段信號(hào)分別進(jìn)行如DTFT (Discrete Time Fourier transform)、Chirp-Z等頻譜分析，再將頻譜結(jié)果進(jìn)行累加平均。雖然計(jì)算量小，但抗噪性較弱，普適性較差，僅能處理多段同頻信號(hào)，不能處理多段不同頻信號(hào)。(4)相位相關(guān)法(參考文獻(xiàn)[4]孟建.分段采樣信號(hào)的相位關(guān)聯(lián)技術(shù)[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2004，沈(1 :1784-1786,1797)該方法的基本思想是通過展寬信號(hào)幅頻特性對(duì)各段信號(hào)相關(guān)函數(shù)形狀施加影響，從而最大可能地利用相頻響應(yīng)信息來獲得峰值尖銳的相關(guān)函數(shù)。雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性較好，但抗噪性較弱、普適性較差，不能分析多段不同頻信號(hào)，不適用于信噪比很低的情況。(5)相位積累法主要包括直接相位積累法和旋轉(zhuǎn)相位積累法(參考文獻(xiàn)[5]孟建.相位相關(guān)技術(shù)研究[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2003,25(2) :140-142).直接相位積累法的基本思想是通過換算各段信號(hào)的到達(dá)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)多段信號(hào)的相位相參，抗噪聲能力強(qiáng)，但運(yùn)算量大，且要求各段信號(hào)之間的空閑間隔時(shí)間已知，應(yīng)用范圍較小。旋轉(zhuǎn)相位積累法中，每段信號(hào)旋轉(zhuǎn)因子的產(chǎn)生需要上一段信號(hào)的最后一個(gè)采樣點(diǎn)的值，雖然運(yùn)算量相對(duì)較小，但抗噪性較差。且相位積累法(直接相位積累法和旋轉(zhuǎn)相位積累法)均不能分析多段不同頻信號(hào)。(6)多段變頻等長(zhǎng)信號(hào)融合算法主要包括多段同頻等長(zhǎng)信號(hào)融合算法(參考文獻(xiàn)W]劉良兵，涂亞慶，張海濤.頻率估計(jì)的一種多段同頻等長(zhǎng)信號(hào)融合算法[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009，21(1) :194-198)、多段降頻等長(zhǎng)信號(hào)融合算法(參考文獻(xiàn)[7]劉良兵，涂亞慶.一種基于多段降頻等長(zhǎng)信號(hào)融合的頻率估計(jì)方法[J].信息與控制，2008，37 ) 403-407)、多段分頻等長(zhǎng)信號(hào)融合算法(參考文獻(xiàn)[8]涂亞慶，劉良兵.頻率估計(jì)的一種多段分頻等長(zhǎng)信號(hào)融合算法[J].電子學(xué)報(bào)，2008，36 (9) :1852-1856)。該類方法是目前最新的一種多段信號(hào)融合處理方法，通過生成頻域分析參數(shù)矩陣、相位差補(bǔ)償因子矩陣和搜索頻率序列對(duì)多段同頻(降頻、分頻)信號(hào)進(jìn)行信息融合，從而獲得較高的頻率估計(jì)精度， 抗噪性較好，但普適性較差，只能處理多段等長(zhǎng)信號(hào)，不能處理多段不等長(zhǎng)信號(hào)，即多段長(zhǎng)度不相等的信號(hào)。綜上所述，多段信號(hào)融合處理方法具有重要研究意義和應(yīng)用價(jià)值，但現(xiàn)有方法存在諸多問題，需要提出一種精度更高、抗噪性更強(qiáng)、普適性更好的頻率估計(jì)方法，適用于多段任意長(zhǎng)度的不同頻信號(hào)的頻率估計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種精度高、抗噪性強(qiáng)、普適性好的頻率估計(jì)方法，適用于多段任意長(zhǎng)度的不同頻信號(hào)的頻率估計(jì)，解決現(xiàn)有多段信號(hào)融合處理方法存在的主要問題， 拓展其應(yīng)用范圍。本發(fā)明提出的頻率估計(jì)的一種多段信號(hào)融合方法，適用對(duì)象為M段長(zhǎng)度任意的信號(hào)，且任意兩段信號(hào)的頻率差已知，M為大于等于2的自然數(shù)；本發(fā)明包括以下步驟第一步構(gòu)造歸一化矩陣A對(duì)M段信號(hào)的頻譜分別進(jìn)行歸一化處理，得到M段歸一化頻譜，該M段歸一化頻譜能夠消除任意兩段信號(hào)的頻率差對(duì)頻譜的影響；第二步設(shè)計(jì)相位補(bǔ)償矩陣B對(duì)M段歸一化頻譜進(jìn)行融合處理，得到M段信號(hào)的融合處理頻譜，該段融合處理頻譜的分析效果能夠達(dá)到與M段信號(hào)總長(zhǎng)度相等的相位連續(xù)信號(hào)頻譜的分析效果；第三步譜峰搜索融合處理頻譜，得到待估頻率&的估計(jì)值7。所述的歸一化矩陣A由下列公式計(jì)算，A(m，i) = fdiHcKm)其中，A(m，i)表示歸一化矩陣A中第(m，i)處的元素，i e [1，I]，m e [1，M]，I 和M均為大于等于2的自然數(shù)；d(m)表示M段信號(hào)中任意兩段信號(hào)的頻率差；&表示頻率搜索序列，由待估頻率fo的大致取值范圍fs。_線性等分(I-I)份生成，fx(i)表示&中第 i個(gè)元素。所述的歸一化頻譜由以下公式計(jì)算，
權(quán)利要求
1.頻率估計(jì)的一種多段信號(hào)融合方法，其特征在于適用對(duì)象為M段長(zhǎng)度任意的信號(hào)， 且任意兩段信號(hào)的頻率差已知，M為大于等于2的自然數(shù)；該方法包括以下步驟第一步構(gòu)造歸一化矩陣A對(duì)M段信號(hào)的頻譜分別進(jìn)行歸一化處理，得到M段歸一化頻譜，該M段歸一化頻譜能夠消除任意兩段信號(hào)的頻率差對(duì)頻譜的影響；第二步設(shè)計(jì)相位補(bǔ)償矩陣B對(duì)M段歸一化頻譜進(jìn)行融合處理，得到M段信號(hào)的融合處理頻譜，該段融合處理頻譜的分析效果能夠達(dá)到與M段信號(hào)總長(zhǎng)度相等的相位連續(xù)信號(hào)頻譜的分析效果；第三步譜峰搜索融合處理頻譜，得到待估頻率fo的估計(jì)值；？。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的歸一化矩陣A由下列公式計(jì)算，A(m，i) = ^(1)+(1(111)其中，A(m，i)表示歸一化矩陣A中第(m，i)處的元素，i e [l，I]，me [1，M]，I和M 均為大于等于2的自然數(shù)；d(m)表示M段信號(hào)中任意兩段信號(hào)的頻率差&表示頻率搜索序列，由待估頻率fQ的大致取值范圍fs。_線性等分(I-I)份生成，fx(i)表示&中第i個(gè)元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的歸一化頻譜由以下公式計(jì)算，NmXmUM = 0.5 Σ其中，^i1表示M段信號(hào)中第m段信號(hào)，m e [1，M]，M為大于等于2的自然數(shù)Ajf1⑴] 表示^i1的歸一化頻譜；Nm為正整數(shù)，表示ι的采樣點(diǎn)數(shù)；nm為自然數(shù)且nm e [1，Nj，表示 Xffl的時(shí)間序列號(hào)；fs表示的采樣頻率，fs彡2&。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的相位補(bǔ)償矩陣B由以下公式計(jì)算，B(m，i，j) = 0z(m)-0z(l)-gj(i) [(2m-l)Nm+l]其中，B(m，i，j)表示相位補(bǔ)償矩陣B中第(m，i，j)的元素，m e [1，M]，i e [1，I], j e [1，J]，M、I和J均為大于等于2的自然數(shù)；ez(m)表示被噪聲干擾后^cm的初相；fT表示頻率替換序列，fj由待估頻率&的大致取值范圍fs。_線性等分(J-I)份生成，fj(j)表示fj中第j個(gè)元素，g」(i) = η [&(」)-&(1)]/仁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的M段信號(hào)的融合處理頻譜由以下公式計(jì)算，M w=l其中，X' Jf1G)]表示M段信號(hào)的融合處理頻譜。
全文摘要
本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，特別是頻率估計(jì)的一種多段信號(hào)融合方法。本發(fā)明的適用對(duì)象為M段任意長(zhǎng)度的信號(hào)，M為大于等于2的自然數(shù)，且其中任意兩段信號(hào)的頻率差已知。本發(fā)明包括以下步驟首先，構(gòu)造歸一化矩陣A對(duì)M段信號(hào)的頻譜分別進(jìn)行歸一化處理，得到M段歸一化頻譜，該M段歸一化頻譜能夠消除任意兩段信號(hào)的頻率差對(duì)頻譜的影響；然后，設(shè)計(jì)相位補(bǔ)償矩陣B對(duì)M段歸一化頻譜進(jìn)行融合處理，得到M段信號(hào)的融合處理頻譜，該段融合處理頻譜的分析效果能夠達(dá)到與M段信號(hào)總長(zhǎng)度相等的相位連續(xù)信號(hào)頻譜的分析效果；最后，譜峰搜索融合處理頻譜，獲得信號(hào)頻率估計(jì)值。本發(fā)明涉及的頻率估計(jì)方法精度高、抗噪性強(qiáng)、普適性好。
文檔編號(hào)G01S7/41GK102162846SQ20111002264
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者劉良兵, 涂亞慶, 肖瑋 申請(qǐng)人:劉良兵, 涂亞慶, 肖瑋