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

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的采用短時傅里葉變換方法處理無線電信號時，存 在對所處理的信號信噪比要求高以及信號頻率個數(shù)確定準確率低的問題，而提出一種頻率 分集信號的頻率提取方法。
[0005] -種頻率分集信號的頻率提取方法，所述方法包括頻率個數(shù)確定部分和真實頻率 計算部分，具體通過以下步驟實現(xiàn)：
[0006] 步驟一、獲取信號，并對獲取的信號進行變頻和濾波的預處理；
[0007] 步驟二、確定窗長及步長，依據(jù)窗長采用滑窗方式依次對每個窗內(nèi)截取的信號進 行FFT處理；
[0008] 步驟三、確定檢測門限，將每個窗信號FFT后頻譜的幅度與檢測門限進行比較，記 錄每個窗信號FFT后頻譜幅度超過門限的位置；
[0009] 步驟四、對所有窗中記錄的位置進行篩選，若某一位置超過門限次數(shù)達到限定值 K，則認為該位置存在真實頻率；否則，認為該位置不存在真實頻率，舍棄；
[0010] 步驟五、利用真實頻率與采樣頻率、頻率位置的關(guān)系，并通過真實頻率計算公式：
=1，2, -·，Μ)計算頻率分集信號的真實頻率；其中，4表示頻率分集信號存 在的某一真實頻率，Ini表示真實頻率存在的位置，N表示短時傅里葉變換窗長，F(xiàn) 3表示信號 的采樣頻率，M表示信號中存在的頻率個數(shù)。
[0011] 本發(fā)明的有益效果為：
[0012] 本發(fā)明充分利用了 STFT具有多個窗的優(yōu)勢，將信號檢測理論中的虛警概率和檢 測概率引入到頻率個數(shù)確定的方法中，重新定義兩概率獲得公式，并將警概率和檢測概率 與檢測門限和超門限次數(shù)相聯(lián)系，推導出它們之間的關(guān)系，在一定信噪比下，合理的選擇檢 測門限和超門限次數(shù)兩參數(shù)即可完成對信號頻率的檢測。通過確定檢測門限和超過門限次 數(shù)的選擇，并結(jié)合具體的檢測概率和虛警概率的計算公式，實現(xiàn)低信噪比條件下對頻率分 集信號頻率個數(shù)及大小進行準確確定。且頻率分集信號頻率個數(shù)及大小確定的準確率達 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值檢測概率與虛警概率關(guān)系局部 放大圖；
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0016] 一：
[0017] 本實施方式的一種頻率分集信號的頻率提取方法，所述方法包括頻率個數(shù)確定部 分和真實頻率計算部分，具體通過以下步驟實現(xiàn)：
[0018] 步驟一、獲取信號，并對獲取的信號進行變頻和濾波的預處理；
[0019] 步驟二、確定窗長及步長，依據(jù)窗長采用滑窗方式依次對每個窗內(nèi)截取的信號進 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)對信號進行截 斷，截斷函數(shù)稱為窗函數(shù)，簡稱為窗；
[0020] 步驟三、確定檢測門限，將每個窗信號FFT后頻譜的幅度與檢測門限進行比較，記 錄每個窗信號FFT后頻譜幅度超過門限的位置；
[0021] 步驟四、對所有窗中記錄的位置進行篩選，若某一位置超過門限次數(shù)達到限定值 K，則認為該位置存在真實頻率；否則，認為該位置不存在真實頻率，舍棄；
[0022] 步驟五、利用真實頻率與采樣頻率、頻率位置的關(guān)系，并通過真實頻率計算公式：
[0023]
= 1，2,…，M)計算頻率分集信號的真實頻率；其中，匕表示頻率分集 信號存在的某一真實頻率，Ini表示真實頻率存在的位置，N表示短時傅里葉變換窗長，F(xiàn) 3表 示信號的采樣頻率，M表示信號中存在的頻率個數(shù)。
【具體實施方式】 [0024] 二：
[0025] 與【具體實施方式】一不同的是，本實施方式的一種頻率分集信號的頻率提取方法， 步驟四所述判定某一位置超過門限的過程為，
[0026] 步驟四一、選擇能同時發(fā)射不同頻率子脈沖的頻率分集信號形式：
方真產(chǎn)生頻率分集信號，用于下一步的信號頻率檢測；式中，A 表示子脈沖信號的幅度，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存在 的某一真實頻率，t表不時間自變量，表不每個子脈沖信號的相位，M表不信號中存在的 頻率個數(shù)，exp表示e指數(shù)運算符；
[0027] 步驟四二、設(shè)定采樣頻率以及短時傅里葉變換相關(guān)參數(shù)：短時傅里葉變換窗長和 步長，接收步驟四一中頻率分集產(chǎn)生的信號并進行截取，當信號能量在連續(xù)的情況下是對 信號幅度平方后求積分，當信號能量在離散的情況下則是用求和代替積分即信號序列模的 平方和，由此計算每個窗內(nèi)信號和高斯白噪聲的總能量E A，即：EA= E S+EN;然后估計信噪比 SNR，由于信噪比SNR被定義為信號能量與高斯白噪聲能量的比值，即
信噪 比SNR通過現(xiàn)有實際方法即可求得，即信噪比SNR已知求取每個窗內(nèi)截取的信號的信號能 量Es和高斯白噪聲能量En;式中，Es表示每個窗內(nèi)的信號能量，示每個窗內(nèi)的高斯白 噪聲能量，&與E n的和為每個窗內(nèi)信號和高斯白噪聲的總能量Ea，即Ea= E S+EN，Ig為以10 為底取log運算；
[0028] 步驟四三：求取虛警概率公式：Pf= 1-(1-PK)N以及檢測概率公式：P D= (PSK)M;式 中，N表示短時傅里葉變換窗長，Pk表示所有窗中任意位置頻譜幅度超過檢測門限K次的概 率;M表示信號中存在的頻率個數(shù)，P sk表示所有窗中信號頻率點位置頻譜幅度超過檢測門 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概率公式，確定出在不同檢 測門限和超門限次數(shù)K條件下檢測概率與虛警概率關(guān)系圖，并直觀的篩選出符合虛警概率 和檢測概率實際設(shè)定要求的一組或多組檢測門限以及超門限次數(shù)K ;
[0030] 以信噪比-25dB下為例，對信號頻率進行檢測，假設(shè)實際要求虛警概率低于0. 01， 檢測概率高于0. 9,信號頻率個數(shù)假設(shè)為M = 3。圖2為25dB下不同K值檢測概率與虛警 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(實際情況可根據(jù)公式推 導中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為檢測概率0. 9 的界限，顯然兩條虛線左上方空間對應的檢測門限和超門限次數(shù)K符合要求，即為直觀篩 選出的符合虛警概率和檢測概率實際設(shè)定要求的一組或多組檢測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， 且每一個點都有確定的檢測門限和K值，預留出容錯范圍，從多組值檢測門限和K值組合中 選擇一組與要求的邊界距離遠的即可。
【具體實施方式】 [0032] 三：
[0033] 與【具體實施方式】二不同的是，本實施方式的一種頻率分集信號的頻率提取方法， 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 噪聲的幅度超過檢測門限時則出現(xiàn)目標被誤認現(xiàn)象，這種錯誤稱為虛警，虛警的發(fā)生概率 稱為虛警概率，本發(fā)明中，將頻率分集信號中存在頻率以外的頻率被誤判為信號中存在頻 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窗內(nèi)噪聲能量EnW及由窗的長度N和高斯 白噪聲方差K2的乘積