[发明专利]基于降阶核函数的高阶多项式相位信号参数估计方法

说明书

本发明提出了一种基于降阶核函数的高阶多项式相位信号参数估计方法，用于解决现有高阶多项式相位信号的参数估计方法存在的估计精度低的技术问题，实现过程为：对混合高斯白噪声的高阶多项式相位信号均匀采样，得到相位信号序列；构造相位信号序列的降阶核函数；对相位信号序列进行样条插值，得到非一致间隔序列；计算降阶信号序列；对降阶信号序列进行快速傅立叶变换；计算相位信号序列中待估计参数的估计量并输出；对相位信号序列进行解调，得到降阶解调序列；更新相位信号序列，循环构造降阶核函数，依次计算更新后的相位信号序列待估计参数的估计量并输出；更新降阶信号序列，得到一阶相位信号序列，并计算一阶参数估计量并输出。

技术领域

本发明属于非平稳信号分析技术领域，涉及一种非平稳信号的参数化估计方法，具体涉及一种基于降阶核函数的高阶多项式相位信号参数估计方法，可用于机动目标雷达回波信号的检测和估计以及ISAR成像技术等领域。

背景技术

多项式相位信号(PPS)己被广泛用于非平稳信号如雷达(脉冲多普勒雷达、SAR和ISAR)、声纳、通信、生物医药、地震分析和动物声学应用建模中。线性、高斯和平稳是传统信号处理的主要方面。而现代信号处理的特点是非线性、非高斯和非平稳信号。非平稳信号的研究中，多项式相位信号是比较常见的一种。噪声背景下(特别是色噪声、杂波等复杂环境)多项式相位信号的时频分析和参数估计问题在雷达、通信、声纳、生物医学、自然界、地震信号分析等领域函待解决。例如，在移动通信领域，发射机与接收机存在相对运动，会造成发射信号的相位随着时间变化。瞬时相位会随着收发间距离的连续变化而变化，此时接收信号就是多项式相位信号的近似表示。通信中时变衰落信道估计采用的信号是调频信号(二阶PPS即是线性调频信号，高阶PPS即是非线性调频信号)。

作为一类重要的信号模型，多项式相位信号可对许多实际信号进行建模，多项式相位信号中的相位系数在不同的应用中都具有重要的意义，能提供丰富的信息，因此，多项式相位信号的参数估计具有广阔的应用前景和重要的研究意义。通常情况下，一个白噪声中的离散P阶多项式相位信号可以表示为：

x(n)＝s(n)+w(n),-N/2≤n≤N/2，

其中w(n)为高斯白噪声，Δ为信号采样间隔，信号的采样点数为N+1，b₀为信号幅度，为一个常数，{a₁,a₂,...,a_P}为信号相位的1到P阶参数。需要用混合噪声的多项式相位信号的N+1个采样点值估计参数{a₁,a₂,...,a_P}。多项式相位信号的参数估计有多种方法，最大似然估计可以得到最小的均方误差(MSE)，然而由于其采用了多维搜索，这种方法的计算量巨大。为了减少计算量，高阶模糊函数(HAF)和立方相位函数(CPF)的方法以MSE为代价，采用了一维搜索，大大减少了计算复杂度。HAF反复利用相位差分(PD)算子，对P阶多项式相位信号采用P-1次PD算子降阶，将信号变为单频信号，采用快速傅立叶变化方法估计信号最高阶参数，然后降阶解调相位信号，重复操作循环计算低阶参数估计量；然而HAF方法采用P-1次PD算子降阶，非线性度较高，使得估计的门限很高，算法在信噪比(SNR)低于门限的时候会彻底失效，在针对于高阶多项式相位信号时，由于误差增殖效应，HAF方法的高门限会严重影响估计性能，进而导致估计的精度低。而立方相位函数和混合高阶模糊函数(CPF-HAF)方法对HAF方法进行了改进，先通过相位差分将高阶多项式相位信号降阶到3阶，利用CPF方法估计3阶多项式相位信号的相位参数，通过设置不同的时间点，进行谱峰搜索，建立方程组，计算参数估计量。虽然CPF-HAF方法在低SNR时的性能比HAF要好，但非线性程度仍旧较高，噪声分量较多，对参数估计影响较大，导致估计方法的精度较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术存在的缺陷，提出了一种基于降阶核函数的高阶多项式相位信号参数估计方法，用于解决现有高阶多项式相位信号的参数估计方法存在的估计精度低的技术问题。