一種基于分數(shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號時延估計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于分數(shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號時延估計方法。包括以下步驟：將參考信號r1(q)和接收器的接收信號r2(q)分別進行旋轉(zhuǎn)角為α的分數(shù)階傅里葉變換；根據(jù)參考信號r1(q)和接收信號r2(q)的分數(shù)階傅里葉變換的幅度信息獲得時延D的初步估計根據(jù)參考信號r1(q)和接收信號r2(q)的分數(shù)階傅里葉變換的相位信息，以及時延D的初步估計獲得最終時延估計本發(fā)明在FRTDE估計器的基礎(chǔ)上，提出進一步利用了兩個峰值的相位差信息進行時延估計，避免了量化誤差的影響，可以獲得更高精度的時延估計值。
【專利說明】一種基于分數(shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號時延估計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信號延時估計領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度的基于分數(shù)階傅里葉變換的 線性調(diào)頻信號時延估計方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 時延估計指對不同接收器接收到信號的時間差進行估計，是信號處理領(lǐng)域中信號 檢測和參數(shù)估計的一項重要技術(shù)，時延估計的性能直接影響著定位系統(tǒng)的性能，因而成為 雷達、聲納及通信等很多領(lǐng)域的研究熱點。
[0003] 目前時延估計方法有很多種。其中，廣義加權(quán)相關(guān)法是最經(jīng)典的時延估計算法，其 相關(guān)時延估計可以達到CRLB，后來又有文獻對此算法進行各種改進和推廣研究。此外，還有 自適應(yīng)時延估計算法、希爾伯特時延估計算法、超分辨時延估計算法等基于二階統(tǒng)計量的 時延估計算法、基于高階統(tǒng)計量的時延估計算法以及基于時頻域的時延估計算法等。
[0004] 線性調(diào)頻（Chirp)信號由于其良好的脈沖壓縮特性，在聲吶、雷達探測等領(lǐng)域得 到了廣泛的應(yīng)用，針對chirp信號的時延估計算法也受到了廣泛重視。分數(shù)階傅里葉變換 (FRFT)可以理解為信號在chirp基上的分解，與二次型時頻分析方法不同的是它用單一變 量來表示時頻信息，且沒有交叉項困擾，與傳統(tǒng)傅立葉變換相比，它更加適于處理非平穩(wěn)信 號，尤其是對chirp信號具有非常好的能量聚焦性能，因此特別適合用于處理chirp信號。
[0005] 2007年K. K. Sharma和S. D. Joshi提出了利用FRFT進行時延估計的多種算法，這 些算法分為兩類，一類是基于FRFT的幅度信息，另一類是基于FRFT的相位信息，如AMSFDF 估計器（average magnitude squared fractional difference function) ；Tao R 和 Li X M等基于FRFT的幅度信息提出了 FRTDE(fractional time-delay estimator)估計器，利用 chirp信號時延前后FRFT輸出峰值的偏離程度進行時延估計，并且從輸出信噪比和估計精 度兩方面對時延估計性能進行了研究，證明該估計器可以達到Cramer-Rao下界，但是該估 計器只利用了幅度信息，估計精度受限于采樣頻率和樣本長度導(dǎo)致的量化誤差；而AMSFDF 估計器雖然利用了相位信息，但估計精度也受限于采樣頻率和樣本長度導(dǎo)致的量化誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種具有高精度的基于分數(shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號 時延估計方法。
[0007] -種基于分數(shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號時延估計方法，包括以下幾個步驟：
[0008] 步驟一：將參考信號ri (q)和接收器的接收信號r2 (q)分別進行旋轉(zhuǎn)角為a的分 數(shù)階傅里葉變換；
[0009] 步驟二：根據(jù)參考信號ri(q)和接收信號r2(q)的分數(shù)階傅里葉變換的幅度信息獲 得時延D的初步估計h胃；
[0010]步驟三：根據(jù)參考信號(q)和接收信號r2 (q)的分數(shù)階傅里葉變換的相位信息， 以及時延d的初步估計i)胃，獲得最終時延估計
[0011] 本發(fā)明還可以包括：
[0012] 1、參考信號A (q)的分數(shù)階傅里葉變換為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于分數(shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號時延估計方法，其特征在于，包括以下 幾個步驟： 步驟一：將參考信號^ (q)和接收器的接收信號r2(q)分別進行旋轉(zhuǎn)角為α的分數(shù)階 傅里葉變換； 步驟二：根據(jù)參考信號A(Ci)和接收信號r2(q)的分數(shù)階傅里葉變換的幅度信息獲得時 延D的初步估計; 步驟三：根據(jù)參考信號A(Ci)和接收信號r2(q)的分數(shù)階傅里葉變換的相位信息，以及 時延D的初步估計，獲得最終時延估計。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分數(shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號時延估計方法， 其特征在于：所述的參考信號A(Ci)的分數(shù)階傅里葉變換為：
接收信號1"2(0的分數(shù)階傅里葉變換為：
其中，B2 =exp[/(2^/0 / ./； -2πφ+(kN/f：fm/iV-InkD/ // )]，n(q)為噪聲信號， 參考信號A(q)為線性調(diào)頻信號，&為參考信號起始頻率，k為調(diào)頻率，fs為采樣頻率， 參考信號長度為P，N為樣本長度，N=P+L，4,=,/(l-./cot.?)/2,T〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于分數(shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號時延估計方 法，其特征在于：所述的獲得時延D的初步估計方法為： 估計參考信號A(q)的分數(shù)階傅里葉變換的最大值叫=，得到 丄切 叫'，.，/(，:知/。'"乂2)"， 估計接收信號r2 (q)的分數(shù)階傅里葉變換的最大值％ = |4,力《)|，得到 m2 *(./0-/fD/./；),￥/(./；φ + (/(Μ//：γ)， 得到時延D的初步估計為： A?(m' -m2)f』\ +(kN丨f、1、- -Tnl -in' - ".X(Ocosa) LJmag^ - - - - -〇 kN/fscosacos(2
4. 根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種基于分數(shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號時延估計方 法，其特征在于：所述的獲得最終時延估計士;,/_的方法為： 利用接收信號r2(q)的分數(shù)階傅里葉變換的相位信息得到函數(shù)G(D)= (Λ Λ Λ ZR2a (m2)-ZS2a (m2)I，在區(qū)間內(nèi)搜索使函數(shù)G(D)取最小值時的時延 0，得到最終時延估計值〇-、|二3呀1^1(_}(〇)，其中參數(shù)八由〇和1/仁決定。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于分數(shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻信號時延估計方法， 其特征在于：所述的獲得最終時延估計的方法為： 利用接收信號r2(q)的分數(shù)階傅里葉變換的相位信息得到函數(shù)G(D)= ?Λ Λ Λ ZR2a (m2)-ZS2a (m2)I，在區(qū)間Δ，Ζ>- +Δ內(nèi)搜索使函數(shù)G(D)取最小值時的時延 V J 〇，得到最終時延估計值〇〃/.^=31衛(wèi)11^1(」(/))，其中參數(shù)八由〇和1/4決定。
【文檔編號】H04L25/02GK104320360SQ201410546632
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】周天, 李海森, 徐超, 朱建軍, 魏玉闊, 陳寶偉, 杜偉東 申請人:哈爾濱工程大學(xué)