[发明专利]一种基于线性调频信号的时频二维同步方法

权利要求书

1.一种基于线性调频信号的时频二维同步方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1)在信号发射端生成并发射线性调频信号，并通过水声信道传输至信号接收端；

步骤2)将信号接收端接收到的线性调频信号进行补零操作，对补零后的线性调频信号进行时间反转或平移处理，获得时间反转信号或平移信号；

步骤3)根据步骤1)中发射的线性调频信号的调频率，设置接收信号最佳变换阶次的搜索范围；

步骤4)在接收信号最佳变换阶次的搜索范围内，利用分级迭代算法搜索获得接收信号在FrFT域上的最佳变换阶次，进而得到时间反转信号或平移信号在FrFT域上的最佳变换阶次；

步骤5)在步骤4)中获得的两个最佳变换阶次下，分别对接收信号以及时间反转信号或平移信号进行分数阶傅里叶变换，并在两个信号的峰值位置采用三次样条插值算法计算获得各信号相对应的频率值；和

步骤6)利用步骤5)中获得的两个频率值计算得到接收信号的多普勒系数和时延。

2.根据权利要求1所述的基于线性调频信号的时频二维同步方法，其特征在于，所述步骤1)中生成的线性调频信号表示为：

s(t)＝A cos(2πf₀t+πkt²+φ},0≤t＜T

其中，s(t)表示线性调频信号，A为信号的幅值，f₀、k、φ、T分别为线性调频信号的起始频率、调频斜率、初始相位和信号周期，f₀、k根据信号发射端的系统带宽和中心频率确定，φ为0到2π的任意值。

3.根据权利要求2所述的基于线性调频信号的时频二维同步方法，其特征在于，所述的步骤3)具体包括：

步骤301)计算发射的线性调频信号在FrFT域上的最佳变换阶次p_opt，计算公式表示为：

其中，arcot为反余切的数学表达式；

步骤302)以最佳变换阶次p_opt取至小数点后两位形成的数值作为参考数据，利用该参考数据设置接收信号最佳变换阶次的搜索范围。

4.根据权利要求3所述的基于线性调频信号的时频二维同步方法，其特征在于，所述的步骤4)中分级迭代算法的具体操作步骤为：

步骤401)设置最佳变换阶次的初始搜索范围a＝[p_opt-0.005,p_opt+0.005]，设置搜索次数为tN，其中p_opt精确到小数点后两位，搜索精度r＝0.001；

步骤402)计算接收信号在FrFT域上对应的最大阶次p；

步骤403)更新a＝[max(p_opt-0.005,p-r/2),min(p+r/2,p_opt+0.005)]，令r＝r/10和tN＝tN-1；

步骤404)如果tN0，重复执行步骤402)和步骤403)，否则输出步骤402)中计算获得的最大阶次p作为最佳变换阶次。

5.根据权利要求2所述的基于线性调频信号的时频二维同步方法，其特征在于，所述步骤5)中接收信号相对应的频率值的计算公式表示为：

所述步骤5)中时间反转信号或平移信号相对应的频率值的计算公式表示为：

其中，f′₀为接收信号的等效起始频率，k'为接收信号的调频率，即k'＝kD²，D为多普勒系数，τ为接收信号的时间延迟，T′₁表示补零后的接收信号长度，Δt为对信号平移的时间长度。

6.根据权利要求5所述的基于线性调频信号的时频二维同步方法，其特征在于，所述步骤6)中接收信号的多普勒系数的计算公式表示为：

所述步骤6)中接收信号的延迟的计算公式表示为：