一种基于分数傅里叶调制率分析的LFM信号时延测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109031260A(43)申请公布日2018.12.18(21)申请号201810685402.8(22)申请日2018.06.28(71)申请人东南大学地址211189江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人方世良黄舒夏安良(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人王安琪(51)Int.Cl.G01S7/539(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于分数傅里叶调制率分析的LFM信号时延测量方法(57)摘要本发明公开了一种基于分数傅里叶调制率分析的LFM信号时延测量方法，本发明可由FrFT及已估计出的接收信号的调制斜率及多普勒系数，直接推导出时延及幅度参数；在不同的时间带宽的条件下，该方法都具有一定的稳健性，且在0dB左右的低信噪比条件下，依旧保持较好的性能。CN109031260ACN109031260A权利要求书1/1页1.一种基于分数傅里叶调制率分析的LFM信号时延测量方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)发射信号为线型调频信号：2s[n]＝cos(2πf0·n/fs+πk·(n/fs))，n∈[0,T·fs]其中，f0为信号起始频，k为信号的调制斜率，T为信号脉宽，fs为采样率；将接收信号r进行变阶数快速离散FrFT处理得到结果：Fpr，其中阶数p的搜索变化范围为[0,2]，离散化后的时间坐标轴n转化为u轴：u＝(n/fs-TWL/2)/S，n∈[0,TWL·fs]，其中为单位化间隔，TWL为接收信号总时长；(2)搜索出Fpr,p∈[0,2]中最大值所对应的阶数为最优阶数：(3)在离散归一化坐标系中，提取最大值所对应的u轴坐标：则信号估计时延为：(4)构造还原单位幅度的接收信号：其中表示向上取整，则其估计幅度为：(5)得到线性调频信号的多普勒系数时延及幅度三个接收信号参数的测量值。2.如权利要求1所述的基于分数傅里叶调制率分析的LFM信号时延测量方法，其特征在于，步骤(2)中，最优旋转角为φ*＝πp*/2，则调制斜率估计值为：多普勒系数估计值为2CN109031260A说明书1/4页一种基于分数傅里叶调制率分析的LFM信号时延测量方法技术领域[0001]本发明涉及水声信号参数测量技术领域，尤其是一种基于分数傅里叶调制率分析的LFM信号时延测量方法。背景技术[0002]在主动声纳领域中，接收的水声信号为目标反射的回波，通过对回波信号的多普勒系数、时延及幅度的参数测量，可以计算出目标声纳之间的相对速度及距离。在水声通信领域中，通过发射测试信号，分析出接收信号中参数的变化，可以估计传输信道，完成信道均衡的目的。线性调频信号(LFM)是各水声领域中最常用的信号之一，因此，实现该类接收信号参数的快速、高精度测量具有十分重要的意义。[0003]分数阶傅里叶变换(FrFT)是一种重要的时频分析工具，是傅里叶变换的一种广义形式，信号的FrFT可以解释为信号在时频平面内绕原点旋转任意角度后所构成的分数阶傅里叶域上的表示。LFM信号通过分数傅里叶变换，能在分数域上形成一个汇聚点，且汇聚点的坐标与信号的调制斜率具有对应关系，可用于白噪声下LFM信号的增强。Ozaktas提出了处理离散信号的快速FrFT方法。此方法经常被用来计算LFM信号的调制斜率及多普勒系数，而后续一般利用其他方法得出信号的时延及幅度，或者舍弃对信号时延值的测量。额外的计算将占用系统运算空间，降低效率，因此，需要更加有效便捷的方法测量接收信号的时延及幅度。发明内容[0004]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于分数傅里叶调制率分析的LFM信号时延测量方法，能够在不同的时间带宽的条件下，依旧保持较好的性能。[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种基于分数傅里叶调制率分析的LFM信号时延测量方法，包括如下步骤：[0006](1)发射信号为线型调频信号：2[0007]s[n]＝cos(2πf0·n/fs+πk·(n/fs))，n∈[0,T·fs][0008]其中，f0为信号起始频，k为信号的调制斜率，T为信号脉宽，fs为采样率；将接收信号r进行变阶数快速离散FrFT处理得到结果：Fpr，其中阶数p的搜索变化范围为[0,2]，离散化后的时间坐标轴n转化为u轴：u＝(n/fs-TWL/2)/S，n∈[0,TWL·fs]，其中为单位化间隔，TWL为接收信号总时长；[0009](2)搜索出Fpr,p∈[0,2]中最大值所对应的阶数为最优阶数：[0010][0011](3)在离散归一化坐标系中，提取最大值所对应的u轴坐标：[0012]3CN109031260A说明书2/4页[0013]则信号估计时延为：[0014][0015](4)