乘积性非线性变换多分量三阶相位信号参数估计方法技术

本发明专利技术公开了一种乘积性非线性变换多分量三阶相位信号参数估计方法，能够有效抑制多分量信号参数估计过程中的交错项、噪声等干扰，从而实现多分量的三阶相位信号参数估计。该方法实现流程为：首先通过对多分量信号进行乘积性四阶非线性变换获取最高阶相位调制参数；然后通过降阶公式得到线性调频信号，对线性调频信号做乘积性二阶非线性变换估计次高阶相位调制参数；继续降阶得到正弦信号，依次估计载频、初相等参数从而重构出单分量的三阶相位信号；对于多分量信号的分离，则采用逐次滤除重构信号的方法，有效抑制强信号对弱信号参数估计的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信号与信息处理技术，具体涉及一种多分量多项式信号参数估计技术。
技术介绍
多项式相位信号在生物医学及故障诊断、通信、声呐、雷达、物理、地震乃至自然界等领域的应用也越来越广泛。作为各个相关学科的基础，多项式相位信号的信号模型可以对多种实际信号建模，其各项系数随着环境的变化提供不同的信息。因此，基于多项式相位信号的各项参数估计算法研究在许多理论与实际应用中具有重要价值，从而推动各相关领域的发展。多分量三阶相位信号的表示如下：SQFM(n)=SQFM,1(n)+SQFM,2(n)=B1ej(φ1(n))+B2ej(φ2(n))=B1ej(b1,0+b1,1n+b1,2n2+b1,3n3)+B2ej(b2,0+b2,1n+b2,2n2+b2,3n3)]]>其中，SQFM(n)为多分量三阶相位信号，n为采样时间点，SQFM,1(n)为三阶相位信号第一分量，φ1(n)为第一分量的相位函数，b1,3为第一分量三阶相位参数，b1,2为第一分量二阶相位参数，b1,1为第一分量一阶相位参数，b1,0为第一分量初始相位参数，B1为第一分量幅值；SQFM,2(n)为三阶相位信号第二分量，φ2(n)为第二分量的相位函数，b2,3为第二分量三阶相位参数，b2,2为第二分量二阶相位参数，b2,1为第二分量一阶相位参数，b2,0为第二分量初始相位参数，B2为第二分量幅值。对多分量三阶相位信号参数估计方法，即需要估计出第一分量的各项相位调制参数估计值：以及第二分量的各项参数估计值：三次相位函数拓展方法能够有效估计单分量多项式信号参数，该方法因采用了四次非线性变换使其参数估计性能表现在高信噪比下，而在高噪声干扰下，参数的估计精度受到限制。三次相位函数拓展方法借鉴了三次相位函数采用的二阶非线性变换思想，对三阶相位信号做了四阶非线性变换。为获取三阶相位信号的参数估计值四阶非线性变换对应不同的参数提供不同的算式。三次相位函数拓展方法的定义可表示为：GCPF1(n,Ω)=Σm=-NNSQFM(n+m)SQFM(n-m)SQFM*(-n+m)SQFM*(-n-m)e-jΩm2]]>GCPF2(n,Ω)=Σk=-NNSQFM(n+k)SQFM(n-k)SQFM(-n+k)SQFM(-n-k)e-jΩk2]]>其中，GCPF1(n,Ω)用于估计最高阶参数GCPF2(n,Ω)用于估计次高阶参数*为共轭符号，将多分量信号SQFM(n)带入GCPF1(n,Ω)算式与GCPF2(n,Ω)算式中，可得：其中，N为时间采样点总数的一半，Ω获取的是信号的瞬时相位变化率IFR，m、k均为自变量。IFR可定义为：IFR(n)=d2φ(n)dn2]]>IFR即为相位的二次求导函数，其中φ(n)为多分量三阶相位信号SQFM(n)的相位函数。根据上两式中对自项、交错项的描述可以得出以下结论：1)GCPF1(n,Ω)等式右边的第一项和第二项为信号分量SQFM,1(n)、SQFM,2(n)分别对应的自项式，自项峰值分别出现于Ω＝12b1,3n、Ω＝12b2,3n的两条斜线上。余下的其他项则为信号间的交错项，因为交错项1、交错项2的瞬时频率与时间呈线性关系，其他项的瞬时频率与时间的关系更为复杂，所以各交错项形成峰值的位置也随时间不同而变动。特别需要注意的是，交错项的前两项分别在两条斜线Ω＝2(b1,2-b2,2+3b1,3n+3b2,3n)、Ω＝2(-b1,2+b2,2+3b1,3n+3b2,3n)上形成干扰峰，从而易被误认为多出了两个信号分量，直接影响信号参数估计的准确性。2)GCPF2(n,Ω)等式右边的第一项和第二项为信号分量SQFM,1(n)、SQFM,2(n)分别对应的自项式，自项的瞬时频率与时间无关，因此，自项峰值出现在Ω＝4b1,2、Ω＝4b2,2两条平行于n轴的直线上，余下的其他项则为信号间的交错项，特别明显的是交错项的前两项，其瞬时频率与时间的呈线性关系，因此，形成的干扰峰值在与时间轴有一定夹角的两条斜线Ω＝2(b2,2+b1,2-3b2,3n+3b1,3n)、Ω＝2(b1,2+b2,2+3b1,3n-3b2,3n)上，当n＝0时，前两项交错项合并为一项，即B12B22(ej2(φ1(n)+φ2(-n))+ej2(φ2(n)+φ1(-n)))Σk=-NNej(2(b2,2+b1,2)-Ω)k2]]>此时，交错项在Ω＝0处形成伪峰，影响参数估计的精确性。将上述讨论推广到多个信号情况下，即信号分量个数K≥3时，不难得到如下结论：1)信号越多，则产生的干扰峰值线越多，且GCPF1(n,Ω)、GCPF2(n,Ω)形成交错项的个数均为K4-2；2)交错项会在某一特定的时间点n＝n0处形成伪峰且伪峰个数为K2-K。综上，三次相位函数拓展方法能够实现单分量三次相位函数的参数估计，但是对于多分量信号而言，三次相位函数拓展方法下将受到交错项、伪峰等干扰，从而导致参数估计产生错误。因此，需要进一步提高三次相位函数拓展方法对多分量信号参数估计的分析能力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能提高信号抗干扰性并解决乘积性三次相位函数拓展方法的参数匹配问题的多分量信号参数估计方法。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，首先融入乘积性思想提出乘积性三次相位函数拓展方法，然后组合非线性变换方法解决其信号参数的配对问题，最终形成一种乘积性非线性变换多分量信号参数估计方法，包括以下步骤：1)对多分量三阶相位信号SQFM(n)进行乘积性四阶非线性变换得到变换结果PNT1(Ω)，n为采样时间点，Ω为信号瞬时相位变化率；根据PNT1(Ω)结果，选取两峰值点Ω1,1、Ω1,2计算得到第一分量的三阶相位参数估计值和第二分量的三阶相位参数估计值2)将三阶相位信号SQFM(n)降阶转换为线性调频信号，所述线性调频信号由第一分量线性调频信号sLFM,1(n)与第二分量现行调频信号sLFM,2(n)组成；3)对第一分量线性调频信号sLFM,1(n)与第二分量现行调频信号sLFM,2(n)分别进行乘积性二阶非线性变换得到变换结果PNT1,2(Ω)与PNT2,2(Ω)，分别在变换结果PNT1,2(Ω)与PNT2,2(Ω)中各选取一个峰值点Ω′1,2、Ω′2,2，计算得到第一分量的二阶相位参数估计值和第二分量的二阶相位参数估计值4)利用将第一分量线性调频信号sLFM,1(n)与第二分量现行调频信号sLFM,2(n)分别降阶为第一分量正弦信号yQFM,1(n)、第一分量正弦信号yQFM,1(n)：yQFM,1(n)=sLFM,1(n)e-j(b^1,2n2),yQFM,2(n)=sLFM,2(n)e-j(b^2,2n2);]]>5)分别对第一分量正弦信号yQFM,1(n)、第二分量正弦信号yQFM,2(n)进行离散时间傅里叶变换，分别得到变换结果YQFM,1(w)、YQFM,2(w)，w表示角频率；分别以变换结果YQFM,1(w)、YQFM,2(w)的最大值所对应的频率作为第一分量的一阶相位参数估计值和第二分量的一阶相位参数估计本文档来自技高网...

【技术保护点】
乘积性非线性变换多分量信号参数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对多分量三阶相位信号SQFM(n)进行乘积性四阶非线性变换得到变换结果PNT1(Ω)，n为采样时间点，Ω为信号瞬时相位变化率；根据PNT1(Ω)结果，选取两峰值点Ω1,1、Ω1,2计算得到第一分量的三阶相位参数估计值和第二分量的三阶相位参数估计值2)将三阶相位信号SQFM(n)降阶转换为线性调频信号，所述线性调频信号由第一分量线性调频信号sLFM,1(n)与第二分量现行调频信号sLFM,2(n)组成；3)对第一分量线性调频信号sLFM,1(n)与第二分量现行调频信号sLFM,2(n)分别进行乘积性二阶非线性变换得到变换结果PNT1,2(Ω)与PNT2,2(Ω)，分别在变换结果PNT1,2(Ω)与PNT2,2(Ω)中各选取一个峰值点Ω′1,2、Ω′2,2，计算得到第一分量的二阶相位参数估计值和第二分量的二阶相位参数估计值4)利用将第一分量线性调频信号sLFM,1(n)与第二分量现行调频信号sLFM,2(n)分别降阶为第一分量正弦信号yQFM,1(n)和第二分量正弦信号yQFM,2(n)：yQFM,1(n)=sLFM,1(n)e-j(b^1,2n2),yQFM,2(n)=sLFM,2(n)e-j(b^2,2n2);]]>5)分别对第一分量正弦信号yQFM,1(n)、第二分量正弦信号yQFM,2(n)进行离散时间傅里叶变换，分别得到变换结果YQFM,1(w)、YQFM,2(w)，w表示角频率；再分别以变换结果YQFM,1(w)、YQFM,2(w)的最大值所对应的频率作为第一分量的一阶相位参数估计值和第二分量的一阶相位参数估计值：6)分别对第一分量正弦信号yQFM,1(n)、第二分量正弦信号yQFM,2(n)以最小峰值原理得到第一分量的初始相位参数估计值和幅度估计值第二分量的初始相位参数估计值和幅度估计值B^1=12N+1Σnyd,1(n)e-jb^1,0,B^2=12N+1Σnyd,2(n)e-jb^2,0;]]>yd,1(n)=yQFM,1(n)e-jb^1,1n,yd,2(n)=yQFM,2(n)e-jb^2,1n;]]>其中，angle为求复数在复平面内的角度。...

【技术特征摘要】
1.乘积性非线性变换多分量信号参数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对多分量三阶相位信号SQFM(n)进行乘积性四阶非线性变换得到变换结果PNT1(Ω)，n为采样时间点，Ω为信号瞬时相位变化率；根据PNT1(Ω)结果，选取两峰值点Ω1,1、Ω1,2计算得到第一分量的三阶相位参数估计值和第二分量的三阶相位参数估计值2)将三阶相位信号SQFM(n)降阶转换为线性调频信号，所述线性调频信号由第一分量线性调频信号sLFM,1(n)与第二分量现行调频信号sLFM,2(n)组成；3)对第一分量线性调频信号sLFM,1(n)与第二分量现行调频信号sLFM,2(n)分别进行乘积性二阶非线性变换得到变换结果PNT1,2(Ω)与PNT2,2(Ω)，分别在变换结果PNT1,2(Ω)与PNT2,2(Ω)中各选取一个峰值点Ω′1,2、Ω′2,2，计算得到第一分量的二阶相位参数估计值和第二分量的二阶相位参数估计值4)利用将第一分量线性调频信号sLFM,1(n)与第二分量现行调频信号sLFM,2(n)分别降阶为第一分量正弦信号yQFM,1(n)和第二分量正弦信号yQFM,2(n)：yQFM,1(n)=sLFM,1(n)e-j(b^1,2n2),yQFM,2(n)=sLFM,2(n)e-j(b^2,2n2);]]>5)分别对第一分量正弦信号yQFM,1(n)、第二分量正弦信号yQFM,2(n)进行离散时间傅里叶变换，分别得到变换结果YQFM,1(w)、YQFM,2(w)，w表示角频率；再分别以变换结果YQFM,1(w)、YQFM,2(w)的最大值所对应的频率作为第一分量的一阶相位参数估计值和第二分量的一阶相位参数估计值：6)分别对第一分量正弦信号yQFM,1(n)、第二分量正弦信号yQFM,2(n)以最小峰值原理得到第一分量的初始相位参数估计值和幅度估计值第二分量的初始相位参数估计值和幅度估计值B^1=12N+1Σnyd,1(n)e-jb^1,0,B^2=12N+1Σnyd,2(n)e-jb^2,0;]]>yd,1(n)=yQFM,1(n)e-jb^1,1n,yd,2(n)=yQFM,2(n)e-jb^2,1n;]]>其中，angle为求复数在复平面内的角度。2.如权利要求1所述乘积性非线性变换多分量信号参数估计方法，其特征在于，乘积性四阶非线性变换PNT1(Ω)的具体方法是：PNT1(Ω)=B14Σnej4(b1,1n+b1,3n3)Σm=-NNej(12b1,3-Ω)nm2+B24Σnej4(b2,1n+b2,3n3)Σm=-NNej(12b2,3-Ω)nm2+B12B22Σnej2(-φ1(-n)-φ2(-n))Σm=-NNej(((2b1,2-2b2,2)+(3b1,3+3b2,3-Ω)n))m2+B22B12Σnej2(-φ1(-n)-φ2(-n))Σm=-NNej(((-2b1,2+2b2,2)+(3b1,3+3b2,3-Ω)n))m2+IGC1,other(Ω)]]>其中，n、m均为自变量，表示采样时间点，N为时间采样点总数的一半，*为共轭符号，Ω为信号的瞬时相位变化率，φ1(n)为第一分量的相位函数，b1,3为第一分量三阶相位参数，b1,2为第一分量二阶相位参数，b1,1为第一分...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建蜀，王小青，张明洁，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51