基于稀疏约束的线性调频信号参数估计方法技术

本发明专利技术公开一种基于稀疏约束的线性调频信号参数估计方法，主要解决现有方法分辨率低以及计算量大的问题。其技术方案是：1.利用目标的稀疏性，根据Radon-Ambiguity变换法，得到投影谱线；2.对测角范围进行角度划分，设计二维投影的稀疏基；3.利用投影谱线与稀疏基构建关系式；4.求解关系式，获得高分辨率角度谱；5.通过阈值比较法对角度谱进行峰值检测，得到信号对应的角度值；6.根据角度值计算得到调频率值。本发明专利技术具有计算量小，分辨率高的优点，可用于通信和信息处理系统。

【技术实现步骤摘要】
基于稀疏约束的线性调频信号参数估计方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及线性调频信号参数的估计方法，可用于信号处理中对线性调频信号的参数估计。
技术介绍
线性调频信号作为一种典型的非平稳信号而且具有大的时间-频带积，被广泛用于各种信息系统。从电子战和电子干扰的角度看，为解决作用距离和距离分辨率的矛盾以及提高信号的隐蔽性，通常采用线性调频信号。因此对于线性调频信号的检测和参数估计，便成为电子研究的重点。目前，线性调频信号参数估计的方法有Radon-Ambiguity变换法和分数阶傅叶变换FRFT法。第一种Radon-Ambiguity变换法，是先求线性调频信号的模糊函数，然后对其进行Radon变换，最终获得调频率。例如，赵兴浩，陶然，周思永，王越的论文“基于Radon-Ambiguity变换和分数阶傅立叶变换的chirp信号检测及多参数估计”(《北京理工大学学报》2003年6月第23卷第3期)就是对线性调频信号的参数估计方法，这种方法的不足是抗噪声性能不高，在多个信号时，估计出的调频率不是很精确。第二种分数阶傅叶变换FRFT法，是以旋转角α为变量进行扫描，求出线性调频信号的FRFT变换，从而形成信号能量在参数平面(α，u)平面的二维分布，在此平面按照阈值进行平面搜索检测得到线性调频信号的参数估计。例如，唐江的论文“基于FRFT的LPI雷达信号参数估计方法研究”，解放军信息工程大学导航与空天目标工程学院，2013年，就是一种对线性调频信号的参数估计方法，但这种方法的缺点是估计精确度不高。
技术实现思路
本专利技术在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于稀疏约束的线性调频信号参数估计方法，以减小误差，提高估计参数的精确度。实现本专利技术的技术思路是通过建立稀疏重构模型，迭代求解优化问题获得高分辨率角度谱，通过对角度谱进行峰值检测得到目标的角度信息，再求出其对应的调频率。其具体步骤包括如下：(1)雷达发射线性调频信号s(t)，得到回波信号x(t)，并对该回波信号x(t)进行离散采样，得到离散信号x(n),0≤n≤M-1，M为采样点数；(2)根据离散信号x(n)，得到模糊函数；其中τ表示时间，fd表示频偏，ts为采样间隔，M为采样个数，x*表示x的共轭；(3)对模糊函数AF(τ,fd)进行Radon变换，得到投影谱线R(α)；(4)按照下式将角度范围θmax～θmin等间隔划分为P个角度，第i个角度为：其中，i＝1,2,…,P，θmin为测角范围的最小值，θmax为测角范围的最大值；(5)根据(4)中划分所得的角度，利用公式k＝tanθ，得到第i个角度θi所对应的调频斜率ki；(6)在无噪声情况下，由调频斜率k1,k2,…,ki,…,kP，计算得到投影谱线R1(α),R2(α),…,Ri(α),…RP(α)，并构造稀疏矩阵(7)利用稀疏矩阵和中投影谱线R(α)，构建如下关系式：其中，min{·}表示求最小的运算符号，λ为正则化参数，||·||1表示向量的1范数，||·||2表示向量的2范数，β表示稀疏的角度谱向量；(8)使用MATLAB的SeDuMi工具包中sedumi函数求解(7)中关系式，获得稀疏的角度谱向量β；(9)采用阈值比较法，对角度谱向量β进行峰值检测，获得角度谱向量峰值元素索引值l，由该峰值元素索引值l确定出角度值θ：(10)根据角度θ，得到调频率k＝tanθ。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：第一，由于本专利技术在一维上进行搜索，而不是二维的面阵，所以降低了计算量，提高了运算效率。第二，由于本专利技术通过建立稀疏基，有一定的抗噪作用，因而对调频率所对应的角度检测效果更加突出。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2为用现有的Radon-Ambiguity变换法获得的角度谱向量的仿真结果图；图3为本专利技术方法获得角度谱向量的仿真结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。参照图1,本专利技术的具体实施步骤如下：步骤1,获取回波信号。雷达发射线性调频信号：得到回波信号：x(t)＝s(t-t0)+ω(t)，其中，t0是距离引起的信号传播相对时间延迟，ω(t)是均值为0，方差为δ2的高斯白噪声,A为线性调频信号的幅度，f0为线性调频信号的起始频率，k为调频斜率。步骤2，获得离散信号。对接收的回波信号x(t)进行离散采样，得到离散信号x(n)：其中，t0是距离引起的信号传播相对时间延迟，ω(n)是均值为0，方差为δ2的高斯白噪声,A为线性调频信号的幅度，f0为线性调频信号的起始频率，k为调频斜率，ts表示采样间隔。步骤3，根据离散信号x(n)，得到模糊函数AF(τ,fd)：其中，τ表示时间，fd表示频偏，ts为采样间隔，M为采样个数。步骤4，对模糊函数AF(τ,fd)进行Radon变换，得到投影谱线R(α)：其中AF(τ,fd)为模糊函数，δ(·)为冲击函数，M为采样个数，τk表示第k个时间采样点，fdn表示第n个频率采样点，m表示调频率m＝tan(α)，α表示调频率所对应的正切角。步骤5，构造稀疏矩阵。(5a)按照下式将角度范围等间隔划分为P个角度，第i个角度为：其中，i＝1,2,…,P，θmin为测角范围的最小值，θmax为测角范围的最大值；(5b)根据划分所得的角度，利用公式k＝tanθ，得到第i个角度θi所对应的调频斜率ki；(5c)在无噪声情况下，由调频斜率k1,k2,…,ki,…,kP，计算得到投影谱线R1(α),R2(α),…,Ri(α),…RP(α)；(5d)由投影谱线R1(α),R2(α),…,Ri(α),…RP(α)构造稀疏矩阵：步骤6，获得角度谱向量。(6a)利用稀疏矩阵和中投影谱线R(α)，构建如下关系式：其中，min{·}表示求最小的运算符号，λ为正则化参数，||·||1表示向量的1范数，||·||2表示向量的2范数，β表示稀疏的角度谱向量；(6.b)使用MATLAB的SeDuMi工具包中sedumi函数求解(6a)中关系式，获得稀疏的角度谱向量β。步骤7，确定目标角度值(7a)对角度谱向量β进行归一化处理，得到归一化角度谱向量(7b)设置阈值ε＝0.2，按下式获取峰值索引值l为：其中，为归一化角度谱向量的第i个元素，P表示将角度范围θmax～θmin等间隔划分的个数；(7.c)由峰值索引值l按下式确定出目标的角度值θ为：步骤8，根据角度θ，得到调频率k＝tanθ。本专利技术的效果可以通过下述仿真试验加以说明:1.仿真条件运行系统为Intel(R)Core(TM)i7-3770CPU@3.40GHz，64位操作系统，仿真软件采用MATLABR2011b，仿真参数设置如表1所示。表1参数设置参数参数值初始频率(信号1)0.1截止频率(信号1)0.3初始频率(信号2)0.1截止频率(信号2)0.31采样点数120目标个数2信噪比10dB2.仿真内容仿真1，用现有的Radon-Ambiguity变换法仿真线性调频信号的参数估计，获得的调频率对应的角度谱向量的仿真结果，如图2所示。仿真2，用本专利技术方法仿真线性调频信号的参数估计，获得调频率对应的角度谱向量仿真结果，如图3所示。由图2可见，Radon-Ambiguity变换法无法分辨角度间隔较小，即调频率相差较小的两个线性调频信号。由图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于稀疏约束的线性调频信号参数估计方法，包括如下步骤：(1)雷达发射线性调频信号s(t)，得到回波信号x(t)，并对该回波信号x(t)进行离散采样，得到离散信号x(n),0≤n≤M‑1，M为采样点数；(2)根据离散信号x(n)，得到模糊函数；AF(τ,fd)=Σn=0M-1x(n+τ2)x*(n-τ2)ej2π(nts)fd,]]>其中τ表示时间，fd表示频偏，ts为采样间隔，M为采样个数，x*表示x的共轭；(3)对模糊函数AF(τ,fd)进行Radon变换，得到投影谱线R(α)；(4)按照下式将角度范围θmax～θmin等间隔划分为P个角度，第i个角度为：θi=θmin+i-1P-1(θmax-θmin),]]>其中，i＝1,2,…,P，θmin为测角范围的最小值，θmax为测角范围的最大值；(5)根据(4)中划分所得的角度，利用公式k＝tanθ，得到第i个角度θi所对应的调频斜率ki；(6)在无噪声情况下，由调频斜率k1,k2,…,ki,,kP，计算得到投影谱线R1(α),R2(α),…,Ri(α),…RP(α)，并构造稀疏矩阵(7)利用稀疏矩阵和中投影谱线R(α)，构建如下关系式：其中，min{·}表示求最小的运算符号，λ为正则化参数，||·||1表示向量的1范数，||·||2表示向量的2范数，β表示稀疏的角度谱向量；(8)使用MATLAB的SeDuMi工具包中sedumi函数求解(7)中关系式，获得稀疏的角度谱向量β；(9)采用阈值比较法，对角度谱向量β进行峰值检测，获得角度谱向量峰值元素索引值l，由该峰值元素索引值l确定出角度值θ：θ=θmin+l-1P-1(θmax-θmin);]]>(10)根据角度θ，得到调频率k＝tanθ。...

【技术特征摘要】
1.一种基于稀疏约束的线性调频信号参数估计方法，包括如下步骤：(1)雷达发射线性调频信号s(t)，得到回波信号x(t)，并对该回波信号x(t)进行离散采样，得到离散信号x(n),0≤n≤M-1，M为采样点数；(2)根据离散信号x(n)，得到模糊函数；其中τ表示时间，fd表示频偏，ts为采样间隔，M为采样个数，x*表示x的共轭；(3)对模糊函数AF(τ,fd)进行Radon变换，得到投影谱线R(α)：其中AF(τ,fd)为模糊函数，δ(·)为冲击函数，M为采样个数，τk表示第k个时间采样点，fdn表示第n个频率采样点，m表示调频率m＝tan(α)，α表示调频率所对应的正切角；(4)按照下式将角度范围θmax～θmin等间隔划分为P个角度，第i个角度为：其中，i＝1,2,…,P，θmin为测角范围的最小值，θmax为测角范围的最大值；(5)根据(4)中划分所得的角度，利用公式k＝tanθ，得到第i个角度θi所对应的调频斜率ki；(6)在无噪声情况下，由调频斜率k1,k2,…,ki,…,kP，计算得到投影谱线R1(α),R2(α),…,Ri(α),…RP(α)，并构造稀疏矩阵(7)利用稀疏矩阵和中投影谱线R(α)，构建如下关系式：其中，min{·}表示求最...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵光辉，谭萌，石光明，孙爽爽，沈方芳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61