1.一种超宽带线性调频信号多通道异步采样与参数估计方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤一,被测超宽带LFM信号进入功分器进行分流,该超宽带LFM信号的数学模型如下:(1)
其中, 表示模拟时间变量, 为信号的持续时间,A为LFM信号的振幅参数,, ,fc为LFM信号的载频, ,fmax为最大频率上限,K为调频系数, ,B为带宽;控制功分器,将超宽带线性调频信号x(t)进行分流到主采样通道和反馈式采样通道两路:主采样通道采用低速模拟数字转换器ADC对所得分流信号进行欠奈奎斯特采样;反馈式采样通道将输入信号与主采样通道的反馈信息混合后,在分流至两个异步通道中进行欠奈奎斯特采样;
步骤二,主采样通道对分流信号进行欠奈奎斯特采样,采用一个低速模拟数字转换器ADC对信号进行均匀采样,采样率为fs,fs<B,B为信号的带宽,那么采样值表示为:(2)
其中,n表示采样点序列, ,N为整数,表示信号采样样本数量, 表示采样间隔;
步骤三,采用K参数估计算法从主通道采集到的样本x[n]中估计出调频系数参数;过程描述如下:步骤3.1,获取三个连续的样本x[n],x[n+1],x[n+2], ,分别为:(3)
步骤3.2,消除载频分量,将得到的第二样本与第一样本相除,得到样本:(4)
将第三样本与第二样本相除,得到样本:(5)
再将样本X2与样本X1相除,得到样本:(6)
为了增加算法在噪声条件下的鲁棒性,采用N‑3组样本进行交叉相除,得到样本平均值:(7)
步骤3.3,求出调频系数K,通过求取样本平均值Yver的辐角主值来求得调频系数K:(8)
其中, 表示复数 的辐角主值;
步骤四,反馈式采样通道混频操作,将主采样通道得到的调频系数K值输入到反馈信号产生器中,生成模拟调频信号:(9)
其中, 表示模拟时间变量, 为信号的持续时间,然后将该调频信号p(t)与输入信号x(t)混频,得到混频信号:(10)
步骤五,异步延时采样,在反馈式采样通道中,混频信号y(t)被分流至两路异步延时采样通道:第一个通道以fs的采样速率均匀采样, fs<B,采集到的样本为:(11)
其中,参数 ,第二个通道同样对信号y(t)以fs的采样速率的进行采样,fs<B,但是采样起始时刻相对于第一个通道延后Te的时间量,此处要求时间延迟小于或等于奈奎斯特采样间隔,即 ,假设第二个通道采样得到的样本表示为 ,其中:n’表示采样点序列, ,N’为整数,表示此信号采样样本数量;
步骤六,采用谱估计算法求解幅值参数A,从采样样本y[n]计出幅值参数A和参数U一个典型的谱估计问题,此时可采用谱估计方法求解,但是,由于三角函数的周期性,从参数U中估计载频参数fc能出现频率混叠问题,使估计载频参数fc出现误差,当系统采样率能够达到奈奎斯特采样定理的要求时,即fs>fmax时,fmax为最大频率,频率参数fc的解唯一,计算为:(12)
其中, 表示复数 的辐角主值,然而,当系统采样率不能够达到奈奎斯特采样定理的要求时,即fs<fmax时,将产生频率混叠问题,即频率参数fc将存在多个可能解:(13)
其中, 是满足公式(13)的最小可能解, 表示其他可能解的偏移程度,由于m的取值有无限多个,对应的频率参数fc的解有无限多个,将这种情况称之为“频率混叠”问题;
步骤七,采用时间交错算法求解载频参数fc,由于“频率混叠”问题的存在,通过延时采样通道收集样本进行联合估计得到最优载频参数fc来解决频率混叠问题,求出正确的m值;
为了解决频率混叠问题,增加了一条辅助采样通道,即延时采样通道,辅助采样通道的作用是从所有的可能解中找出正确的频率参数,即通过延时采样值 确定m的取值,从而找出频频率参数fc的准确解。
2.如权利要求1所述的超宽带线性调频信号多通道异步采样与参数估计方法,其特征在于,所述步骤七的步骤如下:步骤7.1,辅助采样通道与主采样通道的采样时间相差一个时延Te,采样率为fs,则延时采样值 用下式表示:(14)
其中,n’表示采样点序列, ,N’为整数,表示此信号采样样本数量,为已知量, 为未知量,为了求解m,需要先求得b的值,将上式写成 ;
步骤7.2,因为信号模型是单谐波,所以只需要取第一个样本即可,其中 ,然后根据 求出m的取值;
步骤7.3,考虑到频率参数fc满足0≤fc≤fmax,频率参数fc的最小可能解 满足,结合公式(13),有:(15)
化简上述关系式得0≤mfs≤fmax,因此,当延时Te满足 时,有,那么 具有唯一解:
(16)
其中, 表示 的幅角主值, ,同理,当延时Te满足 时,有,那么 有唯一解:
(17)
总之,当延时Te满足 时,m能被唯一确定:(18)
在求得m后,频率参数确定为 。