一种提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换方法技术

本发明专利技术涉及信号处理技术，具体涉及一种提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换方法，包括将长度为

A time segmented FFT method to improve the resolution of current velocity

【技术实现步骤摘要】
一种提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换方法
本专利技术属于信号处理
，尤其涉及一种提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换方法。
技术介绍
快速傅里叶变换(FFT)作为信号处理基本工具应用在很多领域。但现有快速傅里叶变换也存在下面一些缺陷。一是如果要得到较高的频谱分辨率，时间序列长度必须足够长，这样会导致系统资源的大量消耗，以及需要大量处理时间。二是不能进行并行处理。雷达探测海流速度精度要求达到厘米每秒量级，海流速度自身不是单一值，是一定速度范围内的一个连续分布，因此要求提高雷达测量海流的分辨率。而现有快速傅里叶变换的这些缺陷使得海洋雷达探测海流速度的分辨率受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种对海洋雷达回波信号进行分段快速傅里叶变换处理，提高海流速度分辨率的方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换方法，包括以下步骤：步骤1、将长度为N的海洋雷达回波信号按时间顺序分为数目为Ni的子段信号，每一子段信号长度为L，且子段信号数目Ni大于等于子段信号长度L；步骤2、对步骤1所得到的长度为L的每一子段信号分别进行快速傅里叶变换得到各子段信号的L个频谱离散值；步骤3、对步骤2所得到的每一子段信号的快速傅里叶变换结果取同一频谱成分按时间顺序进行排列得到长度为Ni的时间序列信号，并对其进行快速傅里叶变换得到所取同一频谱成分的Ni倍细化的频谱结果。在上述的提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换方法中，步骤1中子段信号数目Ni取值为以2为底的指数幂，子段信号长度L取值为以2为底的指数幂。在上述的提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换方法中，对于长度为N的海洋雷达回波时间序列信号，其子段信号长度L与子段信号数目Ni之积等于海洋雷达回波时间序列信号的长度N。在上述的提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换方法中，对于时间连续的海洋雷达回波信号子段信号数目Ni的取值须足够大。本专利技术的有益效果：本专利技术的方法能使对雷达回波信号处理架构并行化；由于子段信号长度成倍减小，实时处理所耗资源大为减少，耗时大为降低；对于一个连续的时间序列信号可以得到频率分辨率非常高的频谱结果，使得雷达满足实时处理条件下，对海流速度分辨率的探测水平得到极大提高。附图说明图1为本专利技术实施例1提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换方法流程图；图2为本专利技术实施例1对海洋雷达回波时间序列信号分段示意图；图3为本专利技术实施例1未分段时间序列信号的FFT结果示意图；图4为本专利技术实施例1子段时间序列信号的FFT结果示意图；图5为本专利技术实施例1子段信号FFT结果按同一频谱成分重排所得时间序列信号的FFT结果示意图；图6为本专利技术实施例1一种提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换的流程示意图；图7为本专利技术实施例2时长为25.6秒8192点数据的快速傅里叶变换结果示意图；图8为本专利技术实施例3时长为3.2秒1024点的8个子段数据的快速傅里叶变换结果示意图；图9(a)为本专利技术实施例3中子段频率为0的时间序列信号的快速傅里叶变换结果示意图；图9(b)为本专利技术实施例3中子段频率为0.3125的时间序列信号的快速傅里叶变换结果示意图；图9(c)为本专利技术实施例3中子段频率为0.625的时间序列信号的快速傅里叶变换结果示意图；图10为本专利技术实施例3中三个子段频率分量分别为0、0.3125和0.625的时间序列信号的快速傅里叶变换结果与未分段时间序列信号结果比较图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式进行详细描述。本实施例通过对海洋雷达回波信号进行分段快速傅里叶变换处理，使得信号处理架构并行化，由于子段信号长度成倍减小，实时处理所耗资源大为减少，耗时大为降低。在雷达满足实时处理条件下，对海流速度分辨率的探测水平得到极大提高。本实施例是通过以下技术方案实现的：如图1所示，一种提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换方法，包括：第一步，将长度为N的海洋雷达回波信号按时间顺序分为数目为Ni的子段信号，子段信号数目Ni一般取以2为底的指数幂，也可取其他值；子段信号的长度L一般取以2为底的指数幂，也可取其他值。一般数目Ni大于等于长度L以保证分段处理结果与未分段结果一致。对于长度为N的海洋雷达回波时间序列信号，子段信号的长度L与子段信号数目Ni之积等于此时间序列信号长度N。对于时间连续的海洋回波序列子段信号数目Ni的取值可以足够大。第二步，对第一步所得到的长度为L的每一个子段信号分别进行快速傅里叶变换得到各子段信号的L个频谱离散值。第三步，对第二步所得到的每一子段信号的快速傅里叶变换结果取同一频谱成分按时间顺序进行排列得到新的长度为Ni的时间序列信号，对某一个频谱成分所形成的长度为Ni的新时间序列信号进行快速傅里叶变换得到关于此频谱成分的Ni倍细化的频率分辨率更高的频谱结果。遍历上述所提L个频谱离散值，可以得到和原时间序列信号直接进行傅里叶变换分辨率一样的频谱结果。也可以只对关心的频谱成分构造的新时间序列信号进行快速傅里叶变换进行处理得到所关心的频谱成分的高分辨率频谱结果，大量减少数据处理负担。因为对于一个连续的时间序列信号子段信号数目Ni的取值可以足够大，所以可以得到频率分辨率非常高的频谱结果，相应地，海流速度分辨率可以足够高。实施例1如图2所示，本实施例1中的海洋雷达回波时间序列信号x(n)，n＝1,2,…,N，不失一般性，序列长度N取16。不失一般性，图2所示，将长度N＝16的时间序列信号分为了Ni＝4的子段，每个子段的长度L为4。如图3所示，本实施例1长度N为16的海洋雷达回波时间序列信号的快速傅里叶变换频谱结果。其频谱序列为X(n)，n＝1,2,…,16。如图4所示，本实施例1中4个子段序列信号的快速傅里叶变换频谱结果。第ni个子段序列信号的谱结果为Xm(l,ni)，l＝1,2,3,4，其中l是子段信号的谱序号。如图5所示，对每个子段序列信号的同一频谱成分l按时间顺序重排得到新的时间序列信号Xm(l,ni)，ni＝1,2,3,4，所得新时间序列信号快速傅里叶变换频谱结果为X(n)，其中n＝(l-1)×Ni+ni-2。由于频谱具有周期性，图5中的X(-1)，X(0)即为图3中的X(15)，X(16)。如图6所示，为综合本实施例1提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换处理步骤的流程示意图。由于频谱具有周期性，图6中的X(-1)，X(0)就是图3中的X(15)，X(16)。实施例2下面提供一个提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换的仿真实例来说明时间分段快速傅里叶变换效果。仿真实例中，假定雷达工作频率为4.2兆赫兹，仿真中所设定的三个速度值分别为1米/秒，10米/秒和20米/秒，信号采样率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换方法，其特征是，包括以下步骤：/n步骤1、将长度为N的海洋雷达回波信号按时间顺序分为数目为N

【技术特征摘要】
1.一种提高海流速度分辨率的时间分段快速傅里叶变换方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1、将长度为N的海洋雷达回波信号按时间顺序分为数目为Ni的子段信号，每一子段信号长度为L，且子段信号数目Ni大于等于子段信号长度L；
步骤2、对步骤1所得到的长度为L的每一子段信号分别进行快速傅里叶变换得到各子段信号的L个频谱离散值；
步骤3、对步骤2所得到的每一子段信号的快速傅里叶变换结果取同一频谱成分按时间顺序进行排列得到长度为Ni的时间序列信号，并对其进行快速傅里叶变换得到所取同一频谱成分的Ni倍细化的频谱结果。


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【专利技术属性】
技术研发人员：陈章友，魏君杰，刘军益，吴雄斌，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42