[发明专利]基于时频分析和瞬时频率曲线拟合的高阶PPS信号参数估计方法

说明书

本发明请求保护一种基于时频分析和瞬时频率曲线拟合的高阶PPS信号参数估计方法，属于信号处理技术领域。该方法先将接收到的高阶PPS信号进行采样处理，通过平滑伪Wigner‑Ville变换来抑制时频交叉项干扰，然后将得到的时频分布通过提取极大值的方法获取信号的瞬时频率，并利用最小二乘法进行瞬时频率曲线拟合，同时进行曲线拟合阶数的判定，通过多组试验可实现高阶PPS信号参数精确估计的目的。本方法能有效抑制高阶PPS信号的交叉项干扰，在低信噪比下估计出未知阶次的PPS信号相位参数，具有较好的参数估计性能，克服了传统方法受时频交叉项干扰的影响，对非平稳信号的后续处理以及特征分析具有重要意义。

技术领域

本发明涉及通信中一种非平稳信号处理，具体为基于时频分析和瞬时频率曲线拟合的高阶多项式相位(PPS)信号参数估计问题。

背景技术

多项式相位信号(Polynomial Phase Signal,PPS)是一种典型的非平稳信号，具有频率时变、低截获概率等性质，在通信、雷达、生物医学以及地震信号处理等领域得到广泛应用。在各种通信和雷达系统中，目标的运动特征常反应于回波信号的相位函数，一次相位函数表征目标做匀速运动，二次相位函数表征目标做匀加速运动，三次相位函数表征目标是变加速运动状态。由于发射机与接收机的相对运动会造成发射信号相位随时间变化，接收与发射间距离的变化必然导致瞬时相位的连续变化，根据Weierstrass理论，闭区间上的连续函数可用多项式函数逼近，而接收信号近似为多项式相位信号，因此PPS信号参数估计方法研究具有重要的意义。

高阶PPS信号参数估计一直是信号处理领域的重要内容，近年来许多国内外学者都对此进行了大量的研究和探索。在实际的信息系统中，人们往往面对的是复杂多变的信号环境，PPS信号的瞬时频率随时间变化，传统的时域分析和频域分析方法不能分析具有局部变化特征的非平稳信号，而时频分析注重信号的是信号时变谱特征，描述信号随时间和频率的能量分布。对信号进行时频分析，能直观的反映信号的特征信息，但由于非平稳信号存在大量的交叉项使其时频分布产生严重的时频干扰，阻碍了进一步的信号处理。因此，基于时频分析方法的各类非平稳信号参数估计已成为该领域研究的热点。

目前针对二阶PPS信号参数估计的研究比较成熟，已形成完善的信号处理方法和理论，然而对于高阶PPS信号参数估计的研究还处于发展阶段，且现有提出的方法存在一定的局限性，难以实现未知阶数PPS信号的参数估计。文献“王璞.多项式相位信号的时频分析和参数估计.电子学报，2005”提出了基于乘积性模糊函数的自适应时频分布，通过设计自适应核函数能够在增强时频聚集性的同时抑制交叉项，但其计算量较大且估计性能受设计核函数的影响。文献“金翔.基于分数阶傅里叶变换的多项式相位号参数估计.电子技术应用,2010”利用延时相关解调方法处理高阶PPS信号，通过分数阶傅里叶变换(FRFT)对信号进行参数估计，该方法虽然提高了FRFT方法的计算效率，但前提是在信号阶数已知的情况下进行的，估计性能受噪声影响较大。因此，本发明针对高阶PPS信号的参数估计问题，提出一种基于时频分析和瞬时频率曲线拟合的参数估计方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，针对传统时频分析方法在处理高阶PPS信号时存在时频交叉项的干扰、低信噪比下估计性能差以及计算量大等缺陷，提出一种基于时频分析和瞬时频率曲线拟合的估计方法，解决高阶PPS信号参数估计的难题。该方法克服了传统高阶PPS信号参数估计方法的不足，能够有效抑制信号的交叉项干扰，在低信噪比下较精确的估计出PPS信号的相位参数。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种基于时频分析和瞬时频率曲线拟合的高阶PPS信号参数估计方法，其步骤在于，首先对接收到的高阶PPS信号进行采样处理，然后将样本信号进行平滑伪Wigner-Ville时频变换处理，得到无交叉项干扰的时频分布，并采用提取极大值的方法获取信号瞬时频率，最后利用最小二乘法进行瞬时频率曲线拟合，同时通过拟合阶数判定直到满足设定判定条件，实现未知阶数PPS信号的参数估计。