基于稀疏約束的線性調頻信號參數估計方法技術

本發明專利技術公開一種基于稀疏約束的線性調頻信號參數估計方法，主要解決現有方法分辨率低以及計算量大的問題。其技術方案是：1.利用目標的稀疏性，根據Radon-Ambiguity變換法，得到投影譜線；2.對測角范圍進行角度劃分，設計二維投影的稀疏基；3.利用投影譜線與稀疏基構建關系式；4.求解關系式，獲得高分辨率角度譜；5.通過閾值比較法對角度譜進行峰值檢測，得到信號對應的角度值；6.根據角度值計算得到調頻率值。本發明專利技術具有計算量小，分辨率高的優點，可用于通信和信息處理系統。

【技術實現步驟摘要】
基于稀疏約束的線性調頻信號參數估計方法
本專利技術屬于通信
，更進一步涉及線性調頻信號參數的估計方法，可用于信號處理中對線性調頻信號的參數估計。
技術介紹
線性調頻信號作為一種典型的非平穩信號而且具有大的時間-頻帶積，被廣泛用于各種信息系統。從電子戰和電子干擾的角度看，為解決作用距離和距離分辨率的矛盾以及提高信號的隱蔽性，通常采用線性調頻信號。因此對于線性調頻信號的檢測和參數估計，便成為電子研究的重點。目前，線性調頻信號參數估計的方法有Radon-Ambiguity變換法和分數階傅葉變換FRFT法。第一種Radon-Ambiguity變換法，是先求線性調頻信號的模糊函數，然后對其進行Radon變換，最終獲得調頻率。例如，趙興浩，陶然，周思永，王越的論文“基于Radon-Ambiguity變換和分數階傅立葉變換的chirp信號檢測及多參數估計”(《北京理工大學學報》2003年6月第23卷第3期)就是對線性調頻信號的參數估計方法，這種方法的不足是抗噪聲性能不高，在多個信號時，估計出的調頻率不是很精確。第二種分數階傅葉變換FRFT法，是以旋轉角α為變量進行掃描，求出線性調頻信號的FRFT變換，從而形成信號能量在參數平面(α，u)平面的二維分布，在此平面按照閾值進行平面搜索檢測得到線性調頻信號的參數估計。例如，唐江的論文“基于FRFT的LPI雷達信號參數估計方法研究”，解放軍信息工程大學導航與空天目標工程學院，2013年，就是一種對線性調頻信號的參數估計方法，但這種方法的缺點是估計精確度不高。
技術實現思路
本專利技術在于針對上述已有技術的不足，提出一種基于稀疏約束的線性調頻信號參數估計方法，以減小誤差，提高估計參數的精確度。實現本專利技術的技術思路是通過建立稀疏重構模型，迭代求解優化問題獲得高分辨率角度譜，通過對角度譜進行峰值檢測得到目標的角度信息，再求出其對應的調頻率。其具體步驟包括如下：(1)雷達發射線性調頻信號s(t)，得到回波信號x(t)，并對該回波信號x(t)進行離散采樣，得到離散信號x(n),0≤n≤M-1，M為采樣點數；(2)根據離散信號x(n)，得到模糊函數；其中τ表示時間，fd表示頻偏，ts為采樣間隔，M為采樣個數，x*表示x的共軛；(3)對模糊函數AF(τ,fd)進行Radon變換，得到投影譜線R(α)；(4)按照下式將角度范圍θmax～θmin等間隔劃分為P個角度，第i個角度為：其中，i＝1,2,…,P，θmin為測角范圍的最小值，θmax為測角范圍的最大值；(5)根據(4)中劃分所得的角度，利用公式k＝tanθ，得到第i個角度θi所對應的調頻斜率ki；(6)在無噪聲情況下，由調頻斜率k1,k2,…,ki,…,kP，計算得到投影譜線R1(α),R2(α),…,Ri(α),…RP(α)，并構造稀疏矩陣(7)利用稀疏矩陣和中投影譜線R(α)，構建如下關系式：其中，min{·}表示求最小的運算符號，λ為正則化參數，||·||1表示向量的1范數，||·||2表示向量的2范數，β表示稀疏的角度譜向量；(8)使用MATLAB的SeDuMi工具包中sedumi函數求解(7)中關系式，獲得稀疏的角度譜向量β；(9)采用閾值比較法，對角度譜向量β進行峰值檢測，獲得角度譜向量峰值元素索引值l，由該峰值元素索引值l確定出角度值θ：(10)根據角度θ，得到調頻率k＝tanθ。本專利技術與現有技術相比具有如下優點：第一，由于本專利技術在一維上進行搜索，而不是二維的面陣，所以降低了計算量，提高了運算效率。第二，由于本專利技術通過建立稀疏基，有一定的抗噪作用，因而對調頻率所對應的角度檢測效果更加突出。附圖說明圖1為本專利技術的實現流程圖；圖2為用現有的Radon-Ambiguity變換法獲得的角度譜向量的仿真結果圖；圖3為本專利技術方法獲得角度譜向量的仿真結果圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做進一步的詳細描述。參照圖1,本專利技術的具體實施步驟如下：步驟1,獲取回波信號。雷達發射線性調頻信號：得到回波信號：x(t)＝s(t-t0)+ω(t)，其中，t0是距離引起的信號傳播相對時間延遲，ω(t)是均值為0，方差為δ2的高斯白噪聲,A為線性調頻信號的幅度，f0為線性調頻信號的起始頻率，k為調頻斜率。步驟2，獲得離散信號。對接收的回波信號x(t)進行離散采樣，得到離散信號x(n)：其中，t0是距離引起的信號傳播相對時間延遲，ω(n)是均值為0，方差為δ2的高斯白噪聲,A為線性調頻信號的幅度，f0為線性調頻信號的起始頻率，k為調頻斜率，ts表示采樣間隔。步驟3，根據離散信號x(n)，得到模糊函數AF(τ,fd)：其中，τ表示時間，fd表示頻偏，ts為采樣間隔，M為采樣個數。步驟4，對模糊函數AF(τ,fd)進行Radon變換，得到投影譜線R(α)：其中AF(τ,fd)為模糊函數，δ(·)為沖擊函數，M為采樣個數，τk表示第k個時間采樣點，fdn表示第n個頻率采樣點，m表示調頻率m＝tan(α)，α表示調頻率所對應的正切角。步驟5，構造稀疏矩陣。(5a)按照下式將角度范圍等間隔劃分為P個角度，第i個角度為：其中，i＝1,2,…,P，θmin為測角范圍的最小值，θmax為測角范圍的最大值；(5b)根據劃分所得的角度，利用公式k＝tanθ，得到第i個角度θi所對應的調頻斜率ki；(5c)在無噪聲情況下，由調頻斜率k1,k2,…,ki,…,kP，計算得到投影譜線R1(α),R2(α),…,Ri(α),…RP(α)；(5d)由投影譜線R1(α),R2(α),…,Ri(α),…RP(α)構造稀疏矩陣：步驟6，獲得角度譜向量。(6a)利用稀疏矩陣和中投影譜線R(α)，構建如下關系式：其中，min{·}表示求最小的運算符號，λ為正則化參數，||·||1表示向量的1范數，||·||2表示向量的2范數，β表示稀疏的角度譜向量；(6.b)使用MATLAB的SeDuMi工具包中sedumi函數求解(6a)中關系式，獲得稀疏的角度譜向量β。步驟7，確定目標角度值(7a)對角度譜向量β進行歸一化處理，得到歸一化角度譜向量(7b)設置閾值ε＝0.2，按下式獲取峰值索引值l為：其中，為歸一化角度譜向量的第i個元素，P表示將角度范圍θmax～θmin等間隔劃分的個數；(7.c)由峰值索引值l按下式確定出目標的角度值θ為：步驟8，根據角度θ，得到調頻率k＝tanθ。本專利技術的效果可以通過下述仿真試驗加以說明:1.仿真條件運行系統為Intel(R)Core(TM)i7-3770CPU@3.40GHz，64位操作系統，仿真軟件采用MATLABR2011b，仿真參數設置如表1所示。表1參數設置參數參數值初始頻率(信號1)0.1截止頻率(信號1)0.3初始頻率(信號2)0.1截止頻率(信號2)0.31采樣點數120目標個數2信噪比10dB2.仿真內容仿真1，用現有的Radon-Ambiguity變換法仿真線性調頻信號的參數估計，獲得的調頻率對應的角度譜向量的仿真結果，如圖2所示。仿真2，用本專利技術方法仿真線性調頻信號的參數估計，獲得調頻率對應的角度譜向量仿真結果，如圖3所示。由圖2可見，Radon-Ambiguity變換法無法分辨角度間隔較小，即調頻率相差較小的兩個線性調頻信號。由圖3本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于稀疏約束的線性調頻信號參數估計方法，包括如下步驟：(1)雷達發射線性調頻信號s(t)，得到回波信號x(t)，并對該回波信號x(t)進行離散采樣，得到離散信號x(n),0≤n≤M?1，M為采樣點數；(2)根據離散信號x(n)，得到模糊函數；AF(τ,fd)=Σn=0M-1x(n+τ2)x*(n-τ2)ej2π(nts)fd,]]>其中τ表示時間，fd表示頻偏，ts為采樣間隔，M為采樣個數，x*表示x的共軛；(3)對模糊函數AF(τ,fd)進行Radon變換，得到投影譜線R(α)；(4)按照下式將角度范圍θmax～θmin等間隔劃分為P個角度，第i個角度為：θi=θmin+i-1P-1(θmax-θmin),]]>其中，i＝1,2,…,P，θmin為測角范圍的最小值，θmax為測角范圍的最大值；(5)根據(4)中劃分所得的角度，利用公式k＝tanθ，得到第i個角度θi所對應的調頻斜率ki；(6)在無噪聲情況下，由調頻斜率k1,k2,…,ki,,kP，計算得到投影譜線R1(α),R2(α),…,Ri(α),…RP(α)，并構造稀疏矩陣(7)利用稀疏矩陣和中投影譜線R(α)，構建如下關系式：其中，min{·}表示求最小的運算符號，λ為正則化參數，||·||1表示向量的1范數，||·||2表示向量的2范數，β表示稀疏的角度譜向量；(8)使用MATLAB的SeDuMi工具包中sedumi函數求解(7)中關系式，獲得稀疏的角度譜向量β；(9)采用閾值比較法，對角度譜向量β進行峰值檢測，獲得角度譜向量峰值元素索引值l，由該峰值元素索引值l確定出角度值θ：θ=θmin+l-1P-1(θmax-θmin);]]>(10)根據角度θ，得到調頻率k＝tanθ。...

【技術特征摘要】
1.一種基于稀疏約束的線性調頻信號參數估計方法，包括如下步驟：(1)雷達發射線性調頻信號s(t)，得到回波信號x(t)，并對該回波信號x(t)進行離散采樣，得到離散信號x(n),0≤n≤M-1，M為采樣點數；(2)根據離散信號x(n)，得到模糊函數；其中τ表示時間，fd表示頻偏，ts為采樣間隔，M為采樣個數，x*表示x的共軛；(3)對模糊函數AF(τ,fd)進行Radon變換，得到投影譜線R(α)：其中AF(τ,fd)為模糊函數，δ(·)為沖擊函數，M為采樣個數，τk表示第k個時間采樣點，fdn表示第n個頻率采樣點，m表示調頻率m＝tan(α)，α表示調頻率所對應的正切角；(4)按照下式將角度范圍θmax～θmin等間隔劃分為P個角度，第i個角度為：其中，i＝1,2,…,P，θmin為測角范圍的最小值，θmax為測角范圍的最大值；(5)根據(4)中劃分所得的角度，利用公式k＝tanθ，得到第i個角度θi所對應的調頻斜率ki；(6)在無噪聲情況下，由調頻斜率k1,k2,…,ki,…,kP，計算得到投影譜線R1(α),R2(α),…,Ri(α),…RP(α)，并構造稀疏矩陣(7)利用稀疏矩陣和中投影譜線R(α)，構建如下關系式：其中，min{·}表示求最...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙光輝，譚萌，石光明，孫爽爽，沈方芳，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61