一種頻率分集信號(hào)的頻率提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種頻率分集信號(hào)的頻率提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻率分集信號(hào)是一種脈沖多頻信號(hào)，具有多樣化的工作頻率，因此具有較高的抗 干擾能力，常用于目標(biāo)的探測(cè)、定位，因此準(zhǔn)確的提取和分析信號(hào)的頻率特征對(duì)目標(biāo)的準(zhǔn)確 定位具有極為重要的意義。瞬時(shí)頻率特征能反映信號(hào)的脈內(nèi)調(diào)制變化規(guī)律，相對(duì)于其他特 征具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，作為非平穩(wěn)信號(hào)非常重要的特征，瞬時(shí)頻率的估計(jì)和提取一直是非 平穩(wěn)信號(hào)分析中的研究熱點(diǎn)。目前，已有多種方法被提出用于瞬時(shí)頻率的提取，主要包括瞬 時(shí)自相關(guān)、相位差分、過零檢測(cè)以及時(shí)頻分析方法等。STFT是常用的時(shí)頻分析方法，可以對(duì) 多頻率分集信號(hào)進(jìn)行分析，但在低信噪比下分析效果較差。
[0003] 本發(fā)明提出一種基于短時(shí)傅里葉變換的多頻率分集信號(hào)頻率提取的算法，結(jié)合虛 警和檢測(cè)概率能夠合理的選擇算法中的關(guān)鍵參數(shù)，更適應(yīng)在低信噪比下對(duì)分集信號(hào)的瞬時(shí) 頻率進(jìn)行提取。本發(fā)明適用場(chǎng)合較窄，僅適用于利用頻率分集信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)或信號(hào)分 類等場(chǎng)合，但能夠充分利用信號(hào)的頻域信息，準(zhǔn)確確定頻率分集信號(hào)頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的采用短時(shí)傅里葉變換方法處理無線電信號(hào)時(shí)，存 在對(duì)所處理的信號(hào)信噪比要求高以及信號(hào)頻率個(gè)數(shù)確定準(zhǔn)確率低的問題，而提出一種頻率 分集信號(hào)的頻率提取方法。
[0005] -種頻率分集信號(hào)的頻率提取方法，所述方法包括頻率個(gè)數(shù)確定部分和真實(shí)頻率 計(jì)算部分，具體通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0006] 步驟一、獲取信號(hào)，并對(duì)獲取的信號(hào)進(jìn)行變頻和濾波的預(yù)處理；
[0007] 步驟二、確定窗長(zhǎng)及步長(zhǎng)，依據(jù)窗長(zhǎng)采用滑窗方式依次對(duì)每個(gè)窗內(nèi)截取的信號(hào)進(jìn) 行FFT處理；
[0008] 步驟三、確定檢測(cè)門限，將每個(gè)窗信號(hào)FFT后頻譜的幅度與檢測(cè)門限進(jìn)行比較，記 錄每個(gè)窗信號(hào)FFT后頻譜幅度超過門限的位置；
[0009] 步驟四、對(duì)所有窗中記錄的位置進(jìn)行篩選，若某一位置超過門限次數(shù)達(dá)到限定值 K，則認(rèn)為該位置存在真實(shí)頻率；否則，認(rèn)為該位置不存在真實(shí)頻率，舍棄；
[0010] 步驟五、利用真實(shí)頻率與采樣頻率、頻率位置的關(guān)系，并通過真實(shí)頻率計(jì)算公式：
=1，2, -·，Μ)計(jì)算頻率分集信號(hào)的真實(shí)頻率；其中，4表示頻率分集信號(hào)存 在的某一真實(shí)頻率，Ini表示真實(shí)頻率存在的位置，N表示短時(shí)傅里葉變換窗長(zhǎng)，F(xiàn) 3表示信號(hào) 的采樣頻率，M表示信號(hào)中存在的頻率個(gè)數(shù)。
[0011] 本發(fā)明的有益效果為：
[0012] 本發(fā)明充分利用了 STFT具有多個(gè)窗的優(yōu)勢(shì)，將信號(hào)檢測(cè)理論中的虛警概率和檢 測(cè)概率引入到頻率個(gè)數(shù)確定的方法中，重新定義兩概率獲得公式，并將警概率和檢測(cè)概率 與檢測(cè)門限和超門限次數(shù)相聯(lián)系，推導(dǎo)出它們之間的關(guān)系，在一定信噪比下，合理的選擇檢 測(cè)門限和超門限次數(shù)兩參數(shù)即可完成對(duì)信號(hào)頻率的檢測(cè)。通過確定檢測(cè)門限和超過門限次 數(shù)的選擇，并結(jié)合具體的檢測(cè)概率和虛警概率的計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)低信噪比條件下對(duì)頻率分 集信號(hào)頻率個(gè)數(shù)及大小進(jìn)行準(zhǔn)確確定。且頻率分集信號(hào)頻率個(gè)數(shù)及大小確定的準(zhǔn)確率達(dá) 95-97 % 〇
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明方法流程圖；
[0014] 圖2為本發(fā)明在_25dB的條件下不同K值檢測(cè)概率與虛警概率的關(guān)系圖；
[0015] 圖3為本發(fā)明圖2所示的_25dB的條件下不同K值檢測(cè)概率與虛警概率關(guān)系局部 放大圖；
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0016] 一：
[0017] 本實(shí)施方式的一種頻率分集信號(hào)的頻率提取方法，所述方法包括頻率個(gè)數(shù)確定部 分和真實(shí)頻率計(jì)算部分，具體通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0018] 步驟一、獲取信號(hào)，并對(duì)獲取的信號(hào)進(jìn)行變頻和濾波的預(yù)處理；
[0019] 步驟二、確定窗長(zhǎng)及步長(zhǎng)，依據(jù)窗長(zhǎng)采用滑窗方式依次對(duì)每個(gè)窗內(nèi)截取的信號(hào)進(jìn) 行FFT處理，F(xiàn)FT表示快速傅里葉變換；窗的含義表示采用不同的截取函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行截 斷，截?cái)嗪瘮?shù)稱為窗函數(shù)，簡(jiǎn)稱為窗；
[0020] 步驟三、確定檢測(cè)門限，將每個(gè)窗信號(hào)FFT后頻譜的幅度與檢測(cè)門限進(jìn)行比較，記 錄每個(gè)窗信號(hào)FFT后頻譜幅度超過門限的位置；
[0021] 步驟四、對(duì)所有窗中記錄的位置進(jìn)行篩選，若某一位置超過門限次數(shù)達(dá)到限定值 K，則認(rèn)為該位置存在真實(shí)頻率；否則，認(rèn)為該位置不存在真實(shí)頻率，舍棄；
[0022] 步驟五、利用真實(shí)頻率與采樣頻率、頻率位置的關(guān)系，并通過真實(shí)頻率計(jì)算公式：
[0023]
= 1，2,…，M)計(jì)算頻率分集信號(hào)的真實(shí)頻率；其中，匕表示頻率分集 信號(hào)存在的某一真實(shí)頻率，Ini表示真實(shí)頻率存在的位置，N表示短時(shí)傅里葉變換窗長(zhǎng)，F(xiàn) 3表 示信號(hào)的采樣頻率，M表示信號(hào)中存在的頻率個(gè)數(shù)。
【具體實(shí)施方式】 [0024] 二：
[0025] 與【具體實(shí)施方式】一不同的是，本實(shí)施方式的一種頻率分集信號(hào)的頻率提取方法， 步驟四所述判定某一位置超過門限的過程為，
[0026] 步驟四一、選擇能同時(shí)發(fā)射不同頻率子脈沖的頻率分集信號(hào)形式：
方真產(chǎn)生頻率分集信號(hào)，用于下一步的信號(hào)頻率檢測(cè)；式中，A 表示子脈沖信號(hào)的幅度，j表示虛數(shù)單位，其大小為-1的平方根，匕表示頻率分集信號(hào)存在 的某一真實(shí)頻率，t表不時(shí)間自變量，表不每個(gè)子脈沖信號(hào)的相位，M表不信號(hào)中存在的 頻率個(gè)數(shù)，exp表示e指數(shù)運(yùn)算符；
[0027] 步驟四二、設(shè)定采樣頻率以及短時(shí)傅里葉變換相關(guān)參數(shù)：短時(shí)傅里葉變換窗長(zhǎng)和 步長(zhǎng)，接收步驟四一中頻率分集產(chǎn)生的信號(hào)并進(jìn)行截取，當(dāng)信號(hào)能量在連續(xù)的情況下是對(duì) 信號(hào)幅度平方后求積分，當(dāng)信號(hào)能量在離散的情況下則是用求和代替積分即信號(hào)序列模的 平方和，由此計(jì)算每個(gè)窗內(nèi)信號(hào)和高斯白噪聲的總能量E A，即：EA= E S+EN;然后估計(jì)信噪比 SNR，由于信噪比SNR被定義為信號(hào)能量與高斯白噪聲能量的比值，即
信噪 比SNR通過現(xiàn)有實(shí)際方法即可求得，即信噪比SNR已知求取每個(gè)窗內(nèi)截取的信號(hào)的信號(hào)能 量Es和高斯白噪聲能量En;式中，Es表示每個(gè)窗內(nèi)的信號(hào)能量，示每個(gè)窗內(nèi)的高斯白 噪聲能量，&與E n的和為每個(gè)窗內(nèi)信號(hào)和高斯白噪聲的總能量Ea，即Ea= E S+EN，Ig為以10 為底取log運(yùn)算；
[0028] 步驟四三：求取虛警概率公式：Pf= 1-(1-PK)N以及檢測(cè)概率公式：P D= (PSK)M;式 中，N表示短時(shí)傅里葉變換窗長(zhǎng)，Pk表示所有窗中任意位置頻譜幅度超過檢測(cè)門限K次的概 率;M表示信號(hào)中存在的頻率個(gè)數(shù)，P sk表示所有窗中信號(hào)頻率點(diǎn)位置頻譜幅度超過檢測(cè)門 限K次的概率；
[0029] 步驟四四：根據(jù)步驟四三求得的虛警概率公式和檢測(cè)概率公式，確定出在不同檢 測(cè)門限和超門限次數(shù)K條件下檢測(cè)概率與虛警概率關(guān)系圖，并直觀的篩選出符合虛警概率 和檢測(cè)概率實(shí)際設(shè)定要求的一組或多組檢測(cè)門限以及超門限次數(shù)K ;
[0030] 以信噪比-25dB下為例，對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行檢測(cè)，假設(shè)實(shí)際要求虛警概率低于0. 01， 檢測(cè)概率高于0. 9,信號(hào)頻率個(gè)數(shù)假設(shè)為M = 3。圖2為25dB下不同K值檢測(cè)概率與虛警 概率的關(guān)系圖，考慮到圖的清晰程度，K的取值范圍設(shè)定在2~20(實(shí)際情況可根據(jù)公式推 導(dǎo)中K的取值范圍選擇）。圖2中，虛線1為虛警概率0. 01的界限，虛線2為檢測(cè)概率0. 9 的界限，顯然兩條虛線左上方空間對(duì)應(yīng)的檢測(cè)門限和超門限次數(shù)K符合要求，即為直觀篩 選出的符合虛警概率和檢測(cè)概率實(shí)際設(shè)定要求的一組或多組檢測(cè)門限以及超門限次數(shù)K ;
[0031] 步驟四五：步驟四四確定的檢測(cè)概率與虛警概率關(guān)系圖中存在多組值符合要求， 且每一個(gè)點(diǎn)都有確定的檢測(cè)門限和K值，預(yù)留出容錯(cuò)范圍，從多組值檢測(cè)門限和K值組合中 選擇一組與要求的邊界距離遠(yuǎn)的即可。
【具體實(shí)施方式】 [0032] 三：
[0033] 與【具體實(shí)施方式】二不同的是，本實(shí)施方式的一種頻率分集信號(hào)的頻率提取方法， 步驟四三所述求取虛警概率公式：Pf= ι-α-ρ K)N的過程為，由于噪聲總是客觀存在的，當(dāng) 噪聲的幅度超過檢測(cè)門限時(shí)則出現(xiàn)目標(biāo)被誤認(rèn)現(xiàn)象，這種錯(cuò)誤稱為虛警，虛警的發(fā)生概率 稱為虛警概率，本發(fā)明中，將頻率分集信號(hào)中存在頻率以外的頻率被誤判為信號(hào)中存在頻 率的概率，即將加性高斯白噪聲中的頻率誤判為信號(hào)中存在頻率的概率定義為虛警概率；
[0034] 第一，聯(lián)立步驟一求得的每個(gè)窗內(nèi)噪聲能量EnW及由窗的長(zhǎng)度N和高斯 白噪聲方差K2的乘積