基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法与流程

本发明涉及信号处理，具体而言，涉及一种基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法。

背景技术：

1、由雷达理论可知，宽带信号体制雷达具有很高的距离分辨能力，支持对目标的高精度成像；能提取目标频域信息，为目标识别等信号处理过程提供依据；使雷达整体性能明显提升等。可见宽带跳频脉冲信号在现代雷达领域所占的地位较为突出，因此在现代电子信息战中，对宽带跳频脉冲信号的检测技术的研究也显得十分关键。

2、针对宽带跳频脉冲检测问题，现有的技术是采用窄带滤波加数字波束合成，通过方向滤波器、窄带滤波器以及和差比幅测向算法获得信号的频点、方位角等信息。这种方法相对简单且能够继承部分窄带信号数字波束合成算法，但是该方法需要多个方向滤波器且每个方向的信号需要多个窄带滤波器，整体资源消耗大，难以在单个fpga芯片上实现的资源要求。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法，该方法分析宽带信号的能量谱，搜索二维峰值，估计脉冲频率，得到基带数据，基于拟合通道间的相位差，估计脉冲的来波方位。实现了宽带跳频脉冲的检测，解决了现有常规处理方法中逻辑资源占用量大、功耗高的问题。

2、本发明提供的一种基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法，包括如下步骤：

3、(1)信号预处理：接收多通道宽带跳频脉冲信号，通过滤波将每个通道的宽带跳频脉冲信号频带分成均匀的几段，降低采样率和处理速度；

4、(2)信号分频处理：针对每段信号，采用加窗的短时傅里叶变换，计算时间-频率的二维能量谱；

5、(3)脉冲波形检测：平滑处理时间-频率的二维能量谱，使用动态门限，采用非极大值抑制方法，完成二维谱峰搜索，检测脉冲到达时间，估计脉冲频率；

6、(4)参数估计：基于估计的脉冲频率，下变频处理得到多通道宽带跳频脉冲信号的基带序列，采用基带相位拟合方式，计算通道间的相位差，用以估计来波方位，计算相位置信度用以降低虚警。

7、在一些优选方案中，步骤(1)中的通过滤波将每个通道的宽带跳频脉冲信号频带分成均匀的几段，具体为：接收的宽带跳频脉冲信号频段为fl～fh，将每个通道的宽带跳频脉冲信号频带均匀分为n段，n段信号的中心频点为fi，i＝1,2,…n，对每段信号采用滤波、fi下变频、低通滤波和抽取降采样操作，得到n段零中频信号。

8、在一些优选方案中，步骤(2)中的采用加窗的短时傅里叶变换，具体包括如下子步骤：

9、步骤(2.1)若脉冲为脉内调制，码片宽度为l，则加窗大小为l，步进为l/3；若脉冲为非脉内调制，脉宽为w，则加窗大小为w/10，步进为w/10；

10、步骤(2.2)加窗后的信号进行傅里叶变换；

11、步骤(2.3)将傅里叶变换后的结果计算能量，将多通道在相同时刻相同频点的能量累积，裁剪无效频段，得到时间-频率的二维能量谱。

12、在一些优选方案中，步骤(2.2)中进行傅里叶变换时，若l不满足2的n次幂的关系，采用互质因子算法，将l分为互质的小序列，先分别计算小序列的傅里叶变换，再得到l个采样点的傅里叶变换。

13、在一些优选方案中，步骤(3)中的平滑处理时间-频率的二维能量谱，具体为，以脉冲宽度为均值滤波器的宽度，对每个频段的时域信号分别滤波，得到平滑处理的结果。

14、在一些优选方案中，步骤(3)中的动态门限，具体为，对于平滑处理的结果，以时间轴上前后第m个采样点位置上数据和一半的值，再乘以门限因子x，作为动态门限；其中，m为脉冲宽度对应的采样个数。

15、在一些优选方案中，步骤(3)中的采用非极大值抑制方法，具体为，在左右m个采样点的范围中，若过门限的值不是范围内的最大值，则抑制，反之则为检测峰值；峰值对应的时间为脉冲到达时间，对应信道为估计的脉冲频率。

16、在一些优选方案中，步骤(4)中的基带相位拟合方式，具体步骤如下：

17、步骤(4.1)，多通道宽带跳频脉冲信号作为输入x；

18、步骤(4.2)，根据输入估计协方差矩阵：

19、

20、步骤(4.3)，根据协方差矩阵估计相位矩阵：

21、φi＝angle(mean(dia(r,i)))，i＝0,1,...7

22、其中，dia(r,i)表示协方差矩阵r的上i个对角线上数据组成的向量，mean表示均值，angle表示复数的相位角；

23、步骤(4.4)，对相位矩阵进行相位拟合得到归一化空间频率值：

24、步骤(4.5)，将相应的归一化空间频率值φ转换为信源到达角θ，通过信源到达角θ估计来波方位：

25、

26、其中，d是阵元间隔相对信源波长的倍数。

27、在一些优选方案中，步骤(4.4)中采用最小二乘法，计算相位矩阵φi的一次拟合结果作为归一化空间频率值φ。

28、在一些优选方案中，步骤(4)中的计算相位置信度用以降低虚警，具体为，根据相位矩阵φi的相邻角度差：δφj＝φj-φj；j＝1,2,...,j，j为通道数，计算δφj的均方差e，根据均方差确定置信度p，当置信度p低于要求值则抑制该脉冲：

29、

30、其中，thdown均方差的下阈值，thup表示均方差的上阈值。

31、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

32、本发明提出的基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法，可用于检测未知频率的宽带跳频脉冲信号。该功能的实现基于信号分频处理与二维能量谱脉冲检测，计算简单，资源占用率较传统方法少，能用于各种已知脉宽，频率未知的脉冲检测、频率估计，具有很强的实用价值。

1.一种基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法，其特征在于，步骤(1)中的通过滤波将每个通道的宽带跳频脉冲信号频带分成均匀的几段，具体为：接收的宽带跳频脉冲信号频段为fl～fh，将每个通道的宽带跳频脉冲信号频带均匀分为n段，n段信号的中心频点为fi，i＝1,2,…n，对每段信号采用滤波、fi下变频、低通滤波和抽取降采样操作，得到n段零中频信号。

3.根据权利要求1所述的基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法，其特征在于，步骤(2)中的采用加窗的短时傅里叶变换，具体包括如下子步骤：

4.根据权利要求3所述的基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法，其特征在于，步骤(2.2)中进行傅里叶变换时，若l不满足2的n次幂的关系，采用互质因子算法，将l分为互质的小序列，先分别计算小序列的傅里叶变换，再得到l个采样点的傅里叶变换。

5.根据权利要求1所述的基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法，其特征在于，步骤(3)中的平滑处理时间-频率的二维能量谱，具体为，以脉冲宽度为均值滤波器的宽度，对每个频段的时域信号分别滤波，得到平滑处理的结果。

6.根据权利要求1所述的基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法，其特征在于，步骤(3)中的动态门限，具体为，对于平滑处理的结果，以时间轴上前后第m个采样点位置上数据和一半的值，再乘以门限因子x，作为动态门限；其中，m为脉冲宽度对应的采样个数。

7.根据权利要求6所述的基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法，其特征在于，步骤(3)中的采用非极大值抑制方法，具体为，在左右m个采样点的范围中，若过门限的值不是范围内的最大值，则抑制，反之则为检测峰值；峰值对应的时间为脉冲到达时间，对应信道为估计的脉冲频率。

8.根据权利要求1所述的基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法，其特征在于，步骤(4)中的基带相位拟合方式，具体步骤如下：

9.根据权利要求8所述的基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法，其特征在于，步骤(4.4)中采用最小二乘法，计算相位矩阵φi的一次拟合结果作为归一化空间频率值φ。

10.根据权利要求8所述的基于二维能量谱分析的宽带跳频脉冲检测方法，其特征在于，步骤(4)中的计算相位置信度用以降低虚警，具体为，根据相位矩阵φi的相邻角度差：δφj＝φj-φj；j＝1,2,...,j，j为通道数，计算δφj的均方差e，根据均方差确定置信度p，当置信度p低于要求值则抑制该脉冲：