一种基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法与流程

本发明涉及信号处理，具体为一种基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法。

背景技术：

1、跳频信号是一种非平稳通信信号，其信号频率会随着时间的变化而不断地伪随机跳变，使得跳频信号具有强抗干扰以及抗截获能力。跳频通信系统拥有一些直接关系跳频通信性能的关键参数，主要包括：跳频时刻(简称跳时)、跳频速率(简称跳速)以及跳频频率。跳频时刻是指跳频信号某一频率持续一段时间后变换到下一频率的时刻点。跳周期是指每一跳在某一频率上的驻留时间，跳周期可由跳频时刻计算得到，跳周期的倒数为跳频速率。跳频频率是指随着时间不断变化的频率值。利用以上三个参数，就能够准确地构造出跳频信号的跳频图案，跳频图案能够清晰地展示出信号的变化规律以及特征。

2、在非合作条件下，信号的许多先验知识对于侦察方来说是未知的，因此如何在全盲条件下对跳频信号进行检测与参数估计，是众多学者的一个重要研究方向。针对跳频信号的参数估计主要就是估计其跳时、跳速以及跳频频率。现阶段，跳频信号的参数估计方法可分为参数化和非参数化两种。其中，参数化方法往往需要信号的统计特性等先验信息，在非合作通信侦察中适用性不高。非参数化方法则不要求或仅要求少量先验信息，主要包括时频分析和经验模式分解等方法。傅里叶变换可以对跳频信号进行频谱分析，建立了信号时、频域间的转换关系，但只用频谱分析远远不能满足非合作条件下跳频信号参数估计要求。时频分析是对傅里叶变换的扩展，它是一种以时间和频率为自变量的二维联合函数，可以反映非平稳信号频率随时间的变化规律，是处理跳频信号的一类可行方法。

3、然而，由于实际信号传播环境的复杂性，信号在传播中易受其他电磁信号的干扰，这些干扰信号通常不能建模为理想的高斯白噪声，不易通过滤波方法滤除，反映在基于时频分析的跳频信号参数估计中，容易导致跳频信号时频分布曲线出现虚假跳变点，影响跳时、跳速和跳频频率的估计精度。

4、针对跳频信号时频曲线出现的虚假跳变点对跳频信号跳时、跳速及跳频频率估计的不利影响，本发明给出了一种基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法，首先对跳频信号进行时频变换，然后对时频脊线进行整形处理，再对跳时序列进行波形整形，进一步提高跳时检测的精度，从而得到准确的跳速，进一步得到跳频频率。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供的一种基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法，步骤流程为：得到输入信号的基带信号数据→对基带信号进行短时傅里叶变换，求取时频脊线，并进行归一处理→对时频脊线求差分并求差分的绝对值，在此基础上计算得到跳频信号的跳频时刻粗估计值→对于所有的跳频时刻粗估计值，将后一个跳频时刻点与前一个跳频时刻点作差，得到一个差值序列→对差值序列进行整形处理，以抑制噪声对跳频时刻的干扰，得到跳频时刻精估计值序列→计算得到跳速，根据跳频时刻对跳频信号进行分段，估计跳频频率。

4、s1：对采集的跳频信号s(t)，t＝1，2，...，n，通过混频去除信号载频，得到基带信号t表示采样时刻，n表示采样点数；

5、s2：对跳频信号基带信号进行短时傅里叶变换，根据其时频波形，求取其时频脊线并对其进行归一化处理；

6、s3：对时频脊线求差分及差分的绝对值序列，表示为y(t)，t＝1，2，...，n，t表示采样时刻，n表示采样点数；根据y(t)计算得到跳频信号的跳时粗估计值；具体方法是：针对差分的绝对值序列，遍历所有采样点，寻找其局部极大值，以及局部极大值对应的采样时刻，该采样时刻值再除以采样频率fs，得到跳时粗估计值locs(i)，i＝1，2…，m，m为局部极大值的个数，m为不小于3的整数；

7、s4：对跳时粗估计值序列locs(i)进行差分，得到每个频率持续时间的粗估计值序列，表示为pw0(i)＝locs(i+1)-locs(i)，i＝1，2…，m-1；计算得到pw0(i)序列的均值，表示为

8、s5：对跳时粗估计值序列进行波形整形，以消除由于噪声干扰而造成的虚假跳时，令locs′(i)＝locs(i)，具体整形方法是：

9、当i＝1时，若令和locs′(2)＝0；令i＝3，5，…，m-1，i取奇数，重复进行如下判断和序列值更新：若令和locs′(i+1)＝0；

10、当i＝1时，若令locs′(1)＝locs(1)；令i＝2,4，…，m-1，i取偶数，重复进行如下判断和序列值更新：若令和locs′(i+1)＝0；

11、按以上操作，完成跳频时刻粗估计值序列的更新，更新后的跳频时刻粗估计值序列为locs′(i)，i＝1，2，…，m；

12、s6：选出跳频时刻粗估计值序列locs′(i)中取值不为0的跳时，表示为locs″(k)，k＝1，2，…，k，k为跳时的个数，locs″(k)为跳时精估计值序列；

13、s7：根据跳时精估计值序列locs″(k)估计得到跳速；具体方法是，对locs″(k)序列进行差分，得到跳周期序列tau(k)＝locs″(k+1)-locs″(k)，k＝1，2，…，k-1，对该序列计算其直方图，从直方图中找到出现次数最多的tau(k)的值，其倒数即为跳速；

14、根据s6中的跳时精估计值序列，对跳频信号的基带信号按照跳时进行分段，对每一跳周期内的信号进行傅里叶变换以及谱峰检测，或者采用其他频率估计方法，即可估计得到跳频信号在该跳内的频率。

15、有益效果：(1)在跳频信号时频变换提取的时频脊线上，采用了波形整形处理，消除了噪声造成的虚假跳变时刻的干扰；(2)通过跳变时刻序列得到跳周期序列后，对跳周期序列计算其直方图，选出出现次数最多的值来计算跳频信号的跳速，进一步提高跳速估计的准确度。综合利用时频变换及波形整形处理技术，能够保证低信噪比下跳频信号跳时、跳速及跳频频率理想的估计效果；本发明首先对跳频信号进行时频变换，然后对时频脊线进行整形处理，再对跳时序列进行波形整形，进一步提高跳时检测的精度，从而得到准确的跳速，进一步得到跳频频率；本发明未详细介绍处为现有常用技术。

技术特征：

1.一种基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法，其特征在于：步骤流程为：得到输入信号的基带信号数据→对基带信号进行短时傅里叶变换，求取时频脊线，并进行归一处理→对时频脊线求差分并求差分的绝对值，在此基础上计算得到跳频信号的跳频时刻粗估计值→对于所有的跳频时刻粗估计值，将后一个跳频时刻点与前一个跳频时刻点作差，得到一个差值序列→对差值序列进行整形处理，以抑制噪声对跳频时刻的干扰，得到跳频时刻精估计值序列→计算得到跳速，根据跳频时刻对跳频信号进行分段，估计跳频频率。

2.根据权利要求1所述的一种基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法，其特征在于：

技术总结
一种基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法，得到输入信号的基带信号数据→对基带信号进行短时傅里叶变换，求取时频脊线，并进行归一处理→对时频脊线求差分并求差分的绝对值，计算得到跳频信号的跳频时刻粗估计值→对于所有的跳频时刻粗估计值，将后一个跳频时刻点与前一个跳频时刻点作差，得到一个差值序列→对差值序列进行整形处理，以抑制噪声对跳频时刻的干扰，得到跳频时刻精估计值序列→计算得到跳速，根据跳频时刻对跳频信号进行分段，估计跳频频率；本发明首先对跳频信号进行时频变换，然后对时频脊线进行整形处理，再对跳时序列进行波形整形，进一步提高跳时检测的精度，从而得到准确的跳速，进一步得到跳频频率。

技术研发人员：王川川,张宽桥,陈翔,周波,贾锐,肖文雨
受保护的技术使用者：中国人民解放军63892部队
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15