[发明专利]一种基于偏度的自适应变窗长短时时频变换方法

说明书

本发明属于信号处理中时频分析领域，具体涉及一种基于偏度的自适应变窗长短时时频变换技术，针对非线性调频信号。本发明使用偏度来控制窗函数长度的自适应过程：先取窗长起点为信号起点，取窗长为最大，基于偏度控制逐次缩小窗长，直至取到窗长的自适应结果，然后将加窗起点向前移动(N₁/4)个点进行加窗；取本次加窗起点往后(3N₁/4)个点处作为下一次加窗的起点；完成所有加窗后，将各次结果汇总成一个时频图。本发明解决了已有的自适应时频变换在分析多分量调频信号时信号聚集度和分辨率不够高的问题。

技术领域

本发明属于信号处理中时频分析领域，具体涉及一种基于偏度的自适应变窗长短时时频变换方法 ，主要针对非线性调频信号。

背景技术

调频信号指持续期间内频率连续变化的信号，被广泛应用于包括雷达、声纳和通信在内的各种信息系统中。根据信号频率变化的形式不同，调频信号可分为线性调频信号和非线性调频信号。

线性调频信号可采用下述一般式来表达：

其中s表示输入信号，t表示时间变量，K表示信号的分量数，A_k表示信号第k分量的振幅，e表示自然对数，f_k表示信号第k分量的中心频率，γ_k为信号第k分量的调频率。

非线性调频信号可采用下述一般式来表达：

其中θ_k(t)是信号第k分量的相位函数。可以看到，式(1)是式(2)的一种特殊情况。

分析调频信号通常采用的方式有短时傅里叶变换(Short-Time FourierTransform, STFT)和魏格纳—威利变换(Wigner-Ville Distribution，WVD)。这两种方法都存在一些缺陷。STFT的信号能量聚集度比较低，而WVD有很强的交叉项。为改善上述缺陷，人们提出了吕分布(Lv Distribution,LVD)。LVD既有很高的信号能量聚集度，又能够消除交叉项。 LVD的逆变换ILVD(Inverse LVD)是基于时间—频率表示的时频分析方法，处理结果为信号的时频图。然而ILVD不能直接应用于非线性调频信号，因此人们借鉴STFT的思想，用加窗分段的思想来解决此问题，提出了短时吕变换(Short-Time Lv Transform,STLVT)。与STFT 相比，STLVT处理非线性调频信号的效果更好。

STFT和STLVT都是使用固定的窗函数长度，对于某些在不同时段频率变化差别较大的信号，STFT和STLVT的处理效果都不理想。人们已经引入了自适应的思想来实现变窗长的STFT，根据信号频率变化自适应地调整窗长。由于STLVT处理非线性调频信号的性能比STFT更好，所以如果能实现自适应变窗长的STLVT，其性能也会优于自适应变窗长的STFT。但是现有的自适应变窗长方法 不能直接应用于STLVT，所以STLVT仍然存在不能根据信号频率的变化调整窗长的缺陷。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决STLVT不能根据信号特点调整窗长的问题，本发明提供了一种基于偏度的自适应变窗长短时时频变换方法，称为自适应窗Lv变换(Adaptive Window based Lv Transform，AWLT)。

该自适应变窗长短时时频变换方法，具体技术方案如图1所示，包括如下步骤。

步骤1：输入如式(2)所示的非线性调频信号，选择输入信号的起点作为加窗起点。设置每一次缩小窗长的比值Q(0Q1)。

步骤2：令N₀等于加窗起点到信号终点的距离。