[发明专利]一种时频混叠跳频信号的参数估计方法

说明书

本发明公开一种时频混叠跳频信号的参数估计方法，其步骤为：将单通道接收下的时频混叠信号，利用短时傅里叶变换转换到时频域，得到时频域信号；利用基于稀疏线性回归的矩阵优化算法对时频域信号进行去除背景噪声、信号畸变特征处理；利用基于二次包络优化的参数估计算法对时频域信号进行去除部分干扰信号特征和异常点处理，提取优化后时频域信号的平均时频脊线进行平滑处理；对平均时频脊线进行拐点检测，再对检测到的拐点进行时频域映射，完成跳频信号的跳周期估计；在跳频周期估计的基础上，基于Hough变换的优化方法完成跳频信号的频点估计。本发明针对各源信号在时、频域上发生混叠的场景，能够实现跳频信号的完整恢复与参数的高精度估计。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，尤其是涉及一种时频混叠跳频信号的参数估计方法。

背景技术

跳频扩频信号以其截获概率低、抗干扰性能好、保密性好、安全可靠等优点被广泛运用于军事和商业通信领域，同时也给电子侦察带来了严峻的挑战。在电子侦察技术中，通常需要对信号进行检测以及参数估计，完成信号的侦察。正确的估计出跳频的信号参数是完成信号解跳的重要组成部分之一，因而，研究跳频信号的检测和参数估计具有重要的研究意义。

跳频信号在不同应用场景下的参数估计一直是通信领域的研究热点和难点。跳频信号参数估计是指在没有任何先验知识的情况下估计出跳频信号的跳周期、起跳时刻以及跳频频率。然而，在现代无线通信中，电磁环境日益复杂，各式各样的信号极易同时在时、频域上发生混叠，致使宽带接收下的信号无法直接用于后期的识别与信息提取，此时跳频信号的参数估计和追踪难度大大增加。

单通道接收场景下，跳频信号参数估计的参数化方法一般是将有效频率段建模为分段常数，并以更高的复杂度为代价实现更高的估计精度，但是整个问题的症结在于需要提前给定某些参数的先验信息，如跳速、频率范围等，然而在非协作接收场景下，传输信道和信号的先验信息往往是未知的，此时参数化的估计方法并不适用。非参数化的估计方法主要基于时频分析技术，其特点是不需要信号参数的相关先验信息，同时可以对非平稳信号的时、频两维信息进行展示，但是分辨率有限，信号特征容易发生模糊，在低信噪比下畸变较为严重，导致估计精度较差，大量的工作也对这一问题做了进一步的完善。目前，在时频分析的基础上，通过引入稀疏理论有效增强了参数估计方法在低信噪比下的鲁棒性，提高了估计精度。

目前，单通道跳频信号的参数估计方法主要集中在基于时频分析的研究，如表1所示，大致可以分为以下几类：

上述的参数估计方法都是基于时频稀疏性的优化方法，因此存在有一个明显的缺点：估计性能主要受限于信号在变换域上的稀疏性，且一般都假定输入信号是足够稀疏的；但是现实中存在的大部分接收信号在时、频域都表现为软稀疏性，即不同的源信号在时频域上发生互相混叠，形成时频混叠信号，此时部分时频点上有多个源信号共同存在，信号的稀疏性极差，而传统的参数估计方法无法满足假定的稀疏性要求，使得估计性能急剧下降。

发明内容

针对宽带接收中复杂电磁环境下单通道时频混叠跳频信号的参数估计问题，本发明的目的是提供一种基于稀疏线性回归和二次包络优化的时频混叠跳频信号的参数估计方法，其针对各源信号在时、频域上发生混叠的场景，对单通道跳频信号进行了有效的干扰特征去除和高精度的参数估计，有效降低对输入混叠信号的稀疏性限制，且在低信噪比下显著提高跳频信号的参数估计精度，在应用范围、参数估计精度和低信噪比下的鲁棒性方面都有较大的提升。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种时频混叠跳频信号的参数估计方法，其包括以下步骤：

S1、将单通道接收下的时频混叠信号f(t)，利用短时傅里叶变换STFT转换到时频域，得到的时频域信号F(t，f)；