[发明专利]水声信道下线性调频信号参数估计方法及装置

说明书

本发明属于水声通信技术领域，特别涉及一种水声信道下线性调频信号参数估计方法及装置，该方法包含：构建水声通道信号模型；接收通过水声通道模型处理后的N分量Chirp信号，通过分数阶傅里叶变换进行阶次搜索，获取N分量Chirp信号调频率；对N分量Chirp信号依次进行调频补偿，并通过快速傅里叶变换对起始频率估计并输出。本发明将FRFT域起始频率估计通过调频率分量处理后旋转到FFT域处理，获得低信噪比下均方误差更小的起始频率估计值；并通过对水声信道建模，在水声多径信道的背景下获得多分量Chirp信号参数估计，提升起始频率估计性能，保证信号重构准确率，提高水声通信质量，保证通信的稳健，性能稳定、运行高效，具有较强的实际应用价值和发展前景。

技术领域

本发明属于水声通信技术领域，特别涉及一种水声信道下线性调频信号参数估计方法及装置。

背景技术

线性调频信号(Chirp或称LFM)作为一种成熟的非平稳信号，被广泛的应用于雷达、声呐和水声通信中。起始频率和调频率是Chirp信号的关键参数，对于两者的估计取得了广泛的研究。

在传统无线信道的背景下，针对Chirp信号的参数估计方法主要有基于最大似然(Maximum Likelihood，ML)、短时Fourier变换、小波变换、Wigner-Hough变换、Wigner-Ville分布、分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier transform,FRFT)等方法，其中最大似然估计方法估计性能好，但其运算复杂度过高，基于Wigner-Ville分布的参数估计方法在估计多分量线性调频信号时存在交叉项问题，小波变换法对多分量线性调频信号估计性能好，但也存在计算量较大的问题，FRFT是以一组正交的Chirp函数作为变换基底，非常适合于对线性调频信号的参数估计。以上方法在无线信道的背景下对参数估计的取得了较好效果，但不适用于水声信道下线性调频信号的参数估计。水声信道是时延和频移双扩散的复杂信道，其多途效应十分严重，水声通信中的时延可达几十毫秒甚至几百毫秒，水声信道时延对Chirp信号的调频率影响较小，但是对起始频率会造成严重影响，导致在无线信道背景下经典的参数估计算法无法直接应用于水声信道，为了获得精确地参数估计性能，迫切需要寻求一种适应于水声信道下针对Chirp信号的参数估计方法。

发明内容

为此，本发明提供一种水声信道下线性调频信号参数估计方法及装置，实现低吸噪比、低占空比、欠采样等恶劣影响下以及多分量Chirp信号的参数估计，便于信号重构，提高系统估计精度和处理效率。

按照本发明所提供的设计方案，一种水声信道下线性调频信号参数估计方法，包含如下内容：

构建用于输入并处理N分量线性调频Chirp信号的水声通道信号模型；

接收通过水声通道模型处理后的N分量Chirp信号，通过分数阶傅里叶变换进行阶次搜索，获取N分量Chirp信号调频率；

对N分量Chirp信号依次进行调频补偿，并通过快速傅里叶变换对起始频率估计并输出。

上述的，构建水声通道模型，包含如下内容：依据单分量Chirp信号，及消除多普勒效应水声多途信道的时变冲激响应，获取N分量Chirp信号经过多途时延的混合叠加信号模型。

优选的，通过信号幅度、起始频率和调频率来表示单分量Chirp信号，通过信道路径的幅度和时延来表示时变冲激响应。

上述的，通过分数阶傅里叶变换进行阶次搜索，获取N分量Chirp信号调频，包含如下内容：设定最佳阶次范围，通过峰值搜索得到不同阶次的峰值，获取N分量Chirp信号的调频率。

优选的，针对接收到的Chirp信号，获取其分数阶傅里叶变换，并通过单分量Chirp信号，获取Chirp信号在分数阶傅里叶变换域内变成一个脉冲的旋转角度，通过该旋转角度得到最佳阶次，依据最佳阶次获取对应分量的调频率。