[发明专利]一种基于线性调频信号的时频二维同步方法有效

专利信息
申请号: 201710651351.2 申请日: 2017-08-02
公开(公告)号: CN109391573B 公开(公告)日: 2020-05-26
发明(设计)人: 吴满意;贾宁;黄建纯;肖东 申请(专利权)人: 中国科学院声学研究所
主分类号: H04L27/10 分类号: H04L27/10;H04L27/144;H04L27/16;H04L27/00;H04L7/00
代理公司: 北京方安思达知识产权代理有限公司 11472 代理人: 陈琳琳;杨青
地址: 100190 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 线性 调频 信号 二维 同步 方法
【说明书】:

发明涉及一种基于线性调频信号的时频二维同步方法,该方法通过对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;其次根据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;然后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,并利用最佳变换阶次计算获得各信号相对应的频率值;最后利用计算获得的频率值计算得到接收信号的多普勒系数和时延,实现信号的时频二维同步。利用上述时频二维同步方法,降低了系统的计算量,提高了参数估计的精确度。

技术领域

本发明涉及水声通信技术领域,特别涉及一种基于线性调频信号的时频二维同步方法。

背景技术

时频二维同步即对接收信号的起始时间和多普勒系数进行估计。无论是在水声通信领域,还是在目标探测识别领域,对接收信号进行时频二维同步都有着至关重要的作用。从水声通信角度看,时频二维同步是通信的前提和基础;从目标探测识别角度看,接收信号起始时间和多普勒系数估计的准确性,直接决定了目标距离和速度的估计精度。

分数阶傅里叶变换(FrFT)是一种广义的傅里叶变换,可以将信号在一组正交的线性调频(LFM)信号基上展开,在处理线性调频类信号方面有很好的检测效果。FrFT在适当的旋转阶次上能实现LFM信号的能量聚集,具有很强的抗多径干扰和抗噪声干扰的能力,是一种现在常用的信号二维同步方法。

目前利用FrFT对LFM信号进行时频二维同步的方法主要有三种:第一种方法是对单个LFM信号直接做FrFT,通过估计接收信号的最佳变换阶次,利用最佳变换阶次与LFM信号调频率的关系来估计信号的时频二维参数,但由于最佳变换阶次很难精确估计,这种方法精度不高。第二种方法是发射多分量线性调频信号,根据各个分量估计的频率和时延信息的关系,得到准确的时频二维信息。但这种方法发射端信号比较复杂,而且受量化误差的影响,估计精度有限。第三种方法是发射两个平行的线性调频信号,这样在微小频偏下假设信号的调频率不变,极大的可以降低计算量,但这种方法在接收信号有较大多普勒时同步性能会变差,不适合于高速相对运动目标的二维参数同步。

发明内容

本发明的目的在于,为了克服现有时频二维同步方法存在估计结果精度低的技术问题,本发明提供一种基于线性调频信号的时频二维同步方法,该方法简化了FrFT算法的计算量,提高了信号的抗干扰能力和信号参数估计的准确性和实用性。

为解决上述技术问题,本发明的技术方案所提供的一种基于线性调频信号的时频二维同步方法,该方法具体包括:

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。

作为上述技术方案的进一步改进,所述步骤1)中生成的线性调频信号表示为:

s(t)=Acos(2πf0t+πkt2+φ},0≤t<T

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