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【发明授权】一种基于递推变尺度对称延迟相关函数的参数估计方法_北京理工大学_201710439384.0 

申请/专利权人:北京理工大学

申请日:2017-06-12

公开(公告)日:2021-01-05

公开(公告)号:CN107451099B

主分类号:G06F17/15(20060101)

分类号:G06F17/15(20060101);G06F17/16(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2021.01.05#授权;2018.01.05#实质审查的生效;2017.12.08#公开

摘要:本发明提供一种基于递推变尺度对称延迟相关函数的参数估计方法,在递推变尺度参数化相关运算的基础上进行改进,通过构建对称递推相关函数,实现对多项式相位信号相位阶次的降阶,利用Keystone变换对延迟变量和瞬时变量两个参量解耦合,进而通过对两个参量分别进行傅里叶变换,同时获得两阶相位参数的估计。

主权项:1.一种基于递推变尺度对称延迟相关函数的参数估计方法,其特征在于,包括以下步骤:1预置逻辑控制模块中最高阶次n=N,输出给补偿函数构建模块和对称递推相关函数计算模块,预置补偿函数构建模块中补偿函数Hk=1,输出给接收信号存储模块,其中N为相位的最高阶次,为瞬时变量;2接收信号存储模块接收复基带信号Sk,并输出给相位补偿模块;3相位补偿模块接收到Hk和Sk,将二者对应位置相乘,得到相位补偿后的复基带信号Sck输出给对称递推相关函数计算模块;4对称递推相关函数计算模块根据接收的相位补偿后的复基带信号Sck和最高阶次n,利用下述公式计算Sck的n阶对称递推相关函数,并输出给Keystone变换模块,其中: 其中,Q=2,…,N-1,m为延迟变量,b为固定延迟;5Keystone变换模块接收n阶对称递推相关函数,计算解耦的对称递推相关函数,并输出给瞬时变量维傅里叶变换模块;具体为:接收端复基带信号Sk表示为 其中,an为第n阶相位参数,n=0,1,2,...,N-1;Ts为采样间隔;定义一阶对称递推相关函数 定义Q阶对称递推相关函数为 其中,Q=2,…,N-1;将公式1代入公式2和公式3,得最高阶对称递推相关函数 其中,m为延迟变量,b为固定延迟;显然,公式4第二项中,k和m存在耦合,为消除该耦合项,需要对k做Keystone变换处理;令k'=hmTs+bTsk带入公式4,得解耦的对称递推相关函数 其中,KT表示Keystone变换,h为尺度因子,h=1b;6瞬时变量维傅里叶变换模块接收解耦的对称递推相关函数,对瞬时变量Tk'维进行傅里叶变换,得到瞬时变量维频域矩阵,并输出给延迟变量维傅里叶变换模块;7延迟变量傅里叶变换模块接收瞬时变量维频域矩阵,对延迟变量Tm维进行傅里叶变换,得到递推变尺度对称延迟相关函数输出给参数估计模块;8参数估计模块接收递推变尺度对称延迟相关函数 其中,FT表示傅里叶变换,fm为Tm对应的频域变量,fk'为Tk'对应的频域变量;取模得到|·|表示取模运算,搜索峰值所在位置,获得峰值对应的频率值和进一步求得估计参数: 输出给逻辑控制模块;9逻辑控制模块接收到估计参数和并存储,对n的值进行判断,若n=1,则跳转至步骤11;否则,调整最高阶次n=n-2输出给对称递推相关函数计算模块和补偿函数构建模块,将现有的参数估计结果输出给补偿函数构建模块;10补偿函数构建模块接收估计参数,构建补偿函数 输出给相位补偿模块,并跳转至步骤3,其中Ts为采样间隔;11逻辑输出参数估计完成标志,输出估计参数,结束参数估计。

全文数据:一种基于递推变尺度对称延迟相关函数的参数估计方法技术领域[0001]本发明涉及一种基于递推变尺度对称延迟相关函数的参数估计方法,属于信号处理领域。背景技术[0002]多项式相位信号模型能够表示由高动态造成的连续相位变化,作为一种时变信道的表达模型,被广泛应用于雷达、卫星导航、航天测控和移动通信等领域。由于多项式相位参数与发射机动态系数之间成正比关系,通过对多项式相位信号的相位参数进行估计即可获得发射机和接收机之间动态参数。[0003]典型的多项式相位信号参数估计方法通过构建延迟相关函数作为对称递推相关函数,实现对多项式相位信号相位阶次的降阶,进而利用时频分析方法,通过从高到低估计相位参数,具体方法包括:高阶模糊函数方法、多项式Wiger-Ville分布方法和高阶相位函数方法等。由于上述方法中相位参数是逐一获得的,在递推过程中存在参数估计误差的传播和积累问题,性能较差。[0004]通过减少递推次数方法,可减小参数估计误差的传播和积累的影响。最大似然估计算法可同时获得多阶相位参数,但该算法在多维参数空间进行联合搜索,运算量大,实用价值低。基于此,在2016年ELECTRONICSLETTERS第52卷第2期第148页至150页由WeiCui等人发表的“Efficientestimationmethodfortargetswitharbitraryparameterisedmotion”一文中,提出了基于递推变尺度参数化相关运算的参数估计方法,每次递推中可同时获得两阶相位参数估计,递推次数相比上述多项式相位信号参数估计方法减少了一半,故可以一定程度上缓解相位参数的误差传播和积累问题。但基于递推变尺度参数化相关运算的方法两阶参数之间没有实现完全解親合,每次递推中的次高阶估计参数由最高阶估计参数间接获得,因此仍存在参数误差传播和积累问题,因此基于递推变尺度参数化相关运算的方法仍具有改进的空间。[0005]本发明就是基于上述问题而产生的技术发明,就本发明的内容而言,国内外尚未见报道。发明内容[0006]本发明的目的在于提供一种基于递推变尺度对称延迟相关函数的参数估计方法,在递推变尺度参数化相关运算的基础上进行改进,通过构建对称递推相关函数,实现对多项式相位信号相位阶次的降阶,利用Keystone变换对延迟变量和瞬时变量两个参量解耦合,进而通过对两个参量分别进行傅里叶变换,同时获得两阶相位参数的估计。[0007]本发明通过以下技术方案实现:[0008]—种基于递推变尺度对称延迟相关函数的参数估计方法,包括以下步骤:[0009]1预置逻辑控制模块中最高阶次n=N,输出给补偿函数构建模块和对称递推相关函数计算模块,预置补偿函数构建模块中补偿函数H⑹=1,输出给接收信号存储模块,其中N为相位的最高阶次4eZ为瞬时变量;[0010]2接收信号存储模块接收复基带信号S⑹,并输出给相位补偿模块;[0011]3相位补偿模块接收到H⑹和S⑹,将二者对应位置相乘,得到相位补偿后的复基带信号T⑹输出给对称递推相关函数计算模块;[0012]4对称递推相关函数计算模块根据接收的相位补偿后的复基带信号Tk和最高阶次n,计算Se⑹的η阶对称递推相关函数,并输出给Keystone变换模块;其中m为延迟变量;[0013]5Keystone变换模块接收η阶对称递推相关函数,计算解親的对称递推相关函数,并输出给瞬时变量维傅里叶变换模块;[0014]6瞬时变量维傅里叶变换模块接收解耦的对称递推相关函数,对瞬时变量Tk,维进行傅里叶变换,得到瞬时变量维频域矩阵,并输出给延迟变量维傅里叶变换模块;[0015]7延迟变量傅里叶变换模块接收瞬时变量维频域矩阵,对延迟变量1»维进行傅里叶变换,得到递推变尺度对称延迟相关函数输出给参数估计模块;[0016]8参数估计模块接收递推变尺度对称延迟相关函数,并对递推变尺度对称延迟相关函数取模,搜索取模后递推变尺度对称延迟相关函数峰值所在位置,获得峰值对应的频率值,进一步可求得估计参数,并输出给逻辑控制模块;[0017]9逻辑控制模块接收到估计参数并存储,对η的值进行判断,若n=l,则跳转至步骤(11;否则,调整最高阶次n=n-2输出给对称递推相关函数计算模块和补偿函数构建模块,将现有的参数估计结果输出给补偿函数构建模块;[0018]10补偿函数构建模块接收估计参数,构建补偿函数[0019][0020]输出给相位补偿模块,并跳转至步骤⑶,其中Ts为采样间隔;[0021]11逻辑输出参数估计完成标志,输出估计参数,结束参数估计。[0022]本发明的有益效果:[0023]本发明基于递推变尺度对称延迟相关函数的多项式相位信号参数估计方法,利用Keystone变换变换对瞬时时间瞬时变量和延迟变量两个参量解耦合,将多项式相位信号转化为两个单频信号,进而通过两次傅里叶变换变换同时获得多项式相位信号信号次高阶和最高阶的相位参数估计。所以相对最大似然估计等方法,本方法运算量低、存储量小、实时性高;相对常规非搜索类的参数估计方法,本方法递推次数减少了一半,一定程度上缓解相位参数的误差传播和积累问题;相对基于递推变尺度参数化相关运算的参数估计方法,本方法消除两参数间的耦合,进一步改善误差传播问题,估计精度高。附图说明[0024]图1为本发明基于递推变尺度对称延迟相关函数的参数估计方法框图。具体实施方式[0025]下面结合附图对本发明作进一步介绍。[0026]本发明结构框图如图1所示,包括接收信号存储模块、补偿函数构建模块、相位补偿模块、对称递推相关函数计算模块、Keystone变换模块、瞬时变量维傅里叶变换模块、延迟变量维傅里叶变换模块、参数估计模块和逻辑控制模块。[0027]基于递推变尺度对称延迟相关函数参数估计方法原理如下:[0028]根据Weierstrass近似原理,在动态影响下,接收端复基带信号可由有限次阶次的多项式相位信号表示,设相位的最高阶次为N,采样间隔为Ts,则接收端复基带信号Sk可表示为[0029][0030]其中,为瞬时变量,„,11=0,1,2,-_,11为第11阶相位参数。[0031]定义一阶对称递推相关函数[0032][0033]其中为一阶固定延迟。[0034]定义Q阶对称递推相关函数为[0035][0036]其中为Q阶固定延迟,Q=2,"_,N_1。[0037]将公式⑴代入公式⑵和公式⑶,得最高阶对称递推相关函数[0038][0039]其中,m为延迟变量,b为固定延迟。[0040]显然,公式4第二项中,k和m存在親合。为消除该親合项,需要对k做Keystone变换处理。令k’=hmTs+bTsk带入公式4,得解耦的对称递推相关函数[0041][0042]其中,KT表示Keystone变换,h为尺度因子,通常h=lb。可见通过Keystone变换,实现了对称递推相关函数中Tk和Im解耦合。[0043]对解耦的对称递推相关函1进行瞬时变量IV维和延迟[0044]变量Tm维傅里叶变换,得递推变尺度对称延迟相关函数[0045][0046]其中,FT表示傅里叶变换,fm为Tm对应的频域变量,fk,为Tk,对应的频域变量。通过对递推变尺度对称延迟相关函数进行峰值选大,获得峰值对应的频率值和,进一步推得估计值[0047][0048]利用估计僅沟建时域补偿函数[0049][0050]将接收端复基带信号S⑹补偿函数H⑹相乘后得到相位补偿后的复基带信号[0051][0052]可见,经过上述处理,利用高阶相位参数估计结果构建补偿函数,对接收端复基带信号进行补偿,可降低多项式相位信号的相位阶次。经过N2次上述递推处理,可实现由高阶到低阶相位参数的估计。[0053]本发明的具体步骤如下:[0054]1预置逻辑控制模块中最高阶次n=N,输出给补偿函数构建模块和对称递推相关函数计算模块。预置补偿函数构建模块中补偿函数Hk=1,输出给接收信号存储模块。[0055]2接收信号存储模块接收复基带信号S⑹,输出给相位补偿模块。[0056]3相位补偿模块接收到H⑹和S⑹,将二者对应位置相乘,得到相位补偿后的复基带信号T⑹输出给对称递推相关函数计算模块。[0057]4对称递推相关函数计算模块接收相位补偿后的复基带信号T⑹和最高阶次n,参考公式(3、公式(4计算SMk的η阶对称递推相关函数,输出给Keystone变换模块。[0058]5Keystone变换模块接收η阶对称递推相关函数:,参考公式(5计算解耦的对称递推相关函数_,输出给瞬时变量维傅里叶变换模块。[0059]6瞬时变量维傅里叶变换模块接收信号对IV维进行傅里叶变换,得到瞬时变量维频域矩阵ϋί出给延迟变量维傅里叶变换模块。[0060]7延迟变量傅里叶变换模块接收瞬时变量维频域矩阵对1„维进行傅里叶变换,得到递推变尺度对称延迟相关函f渝出给多次积分模块。[0061]8参数估计模块接收递推变尺度对称延迟相关函数,取模得到表示取模运算。搜索峰值所在位置,获得峰值对应的频率值,进一步可求得估计参数[0062][0063]输出给逻辑控制模块。[0064]9逻辑控制模块接收到估计参·并存储,对η的值进行判断,若η=1,则跳转至步骤(11;否则,调整最高阶次η=η-2输出给对称递推相关函数计算模块和补偿函数构建模块,将现有的参数估计结果输出给补偿函数构建模块。[0065]10补偿函数构建模块接收估计参数,构建补偿函数[0066][0067]输出给相位补偿模块,跳转至步骤⑶。[0068]11逻辑输出参数估计完成标志,输出估计参数,结束参数估计。

权利要求:1.一种基于递推变尺度对称延迟相关函数的参数估计方法,其特征在于,包括以下步骤:I预置逻辑控制模块中最高阶次n=N,输出给补偿函数构建模块和对称递推相关函数计算模块,预置补偿函数构建模块中补偿函数H⑹=1,输出给接收信号存储模块,其中N为相位的最高阶次jeZ为瞬时变量;⑵接收信号存储模块接收复基带信号S⑹,并输出给相位补偿模块;⑶相位补偿模块接收到H⑹和S⑹,将二者对应位置相乘,得到相位补偿后的复基带信号T⑹输出给对称递推相关函数计算模块;⑷对称递推相关函数计算模块根据接收的相位补偿后的复基带信号TGO和最高阶次η,计算Se⑹的η阶对称递推相关函数,并输出给Keystone变换模块;其中m为延迟变量;5Keystone变换模块接收η阶对称递推相关函数,计算解親的对称递推相关函数,并输出给瞬时变量维傅里叶变换模块;6瞬时变量维傅里叶变换模块接收解耦的对称递推相关函数,对瞬时变量Tk,维进行傅里叶变换,得到瞬时变量维频域矩阵,并输出给延迟变量维傅里叶变换模块;⑺延迟变量傅里叶变换模块接收瞬时变量维频域矩阵,对延迟变量Tm维进行傅里叶变换,得到递推变尺度对称延迟相关函数输出给参数估计模块;8参数估计模块接收递推变尺度对称延迟相关函数,并对递推变尺度对称延迟相关函数取模,搜索取模后递推变尺度对称延迟相关函数峰值所在位置,获得峰值对应的频率值1和1,进一步可求得估计参数I和,并输出给逻辑控制模块;9逻辑控制模块接收到估计参数L和^^并存储,对η的值进行判断,若η=1,则跳转至步骤(11;否则,调整最高阶次η=η-2输出给对称递推相关函数计算模块和补偿函数构建模块,将现有的参数估计结果'输出给补偿函数构建模块;10补偿函数构建模块接收估计参数,构建补偿函数输出给相位补偿模块,并跳转至步骤3,其中Ts为采样间隔;II逻辑输出参数估计完成标志,输出估计参数,结束参数估计。

百度查询: 北京理工大学 一种基于递推变尺度对称延迟相关函数的参数估计方法

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