基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法、介质及装置与流程

本发明涉及被动雷达信号处理，具体而言，涉及一种基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法、介质及装置。

背景技术：

1、信号到达时间(time of arrival，toa)估计是被动雷达信号处理中的重要课题，是脉宽宽度(pulse width，pw)和脉冲重复间隔(pulse repetition interval，pri)参数测量的基础。toa估计作为电子战接收机参数测量功能的一部分，与信号检测过程密不可分。对辐射源信号正确检测是toa估计的前提，但在低信噪比条件下如果只检测出信号又不能准确测量toa，辐射源脉冲信号缺少正确的toa、pri和pw参数描述，信号检测也失去了实际意义。如图1所示，频率引导式接收机一般首先通过高灵敏度频域检测信号，接着基于检测信号频率和保宽信息，对原始采样数据进行窄带滤波，然后再对滤波后时域波形进行toa估计。由于窄带滤波需要与可测量最小脉宽相匹配，一般会取若干倍的频域分辨率，这导致多数脉宽情形下滤波后的时域信噪比低于频域检测信噪比，但是已有文献表明toa准确估计所需的信噪比又高于接收机灵敏度，故在低信噪比时经常出现频域可检出信号但toa测量错误的问题。

2、传统的toa估计算法中，torrierid j提出的自适应门限方法是工程中普遍使用的方法，算法简单、计算效率高，但不满足在低信噪比条件下估计toa的要求。chan y t等提出的分段fft方法和胡国兵等提出的逆序相关累加方法，只能对叠加高斯白噪声的原始宽带采样数据进行处理，没有利用频率引导式接收机窄带滤除带外噪声的能力，并且计算过程复杂，工程应用场景受限。频率引导式接收机的原始宽带采样数据经过窄带滤波后，其包含的高斯白噪声变成了窄带色噪声，邻近时刻的色噪声数据表现出强相关性，特别是在低信噪比时导致信号包络出现较大起伏，容易产生toa估计错误。因此，在低信噪比条件下，必须针对性研究降低色噪声对toa估计扰动的方法。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法、介质及装置，提高接收机在低信噪比条件下的toa估计精度，使得toa有效估计所需的信噪比趋近于频域检测能力，提升接收机的整体工作能力。

2、本发明提供的一种基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法，包括如下步骤：

3、步骤1，对输入的宽带ad采样数据进行高增益频域检测，输出信号引导频率和时域保宽信息，所述时域保宽信息即脉冲前沿所在帧的帧号；

4、步骤2，基于信号引导频率，对脉冲前沿所在帧的原始数据进行窄带滤波；

5、步骤3，对窄带滤波后的帧数据提取幅度包络；

6、步骤4，在幅度包络中搜索幅度极大值和相应时间点位置；

7、步骤5，根据幅度极大值确定toa幅度检测门限；

8、步骤6，依据toa幅度检测门限，从幅度极大值时间点位置开始，逆序搜索第一个可能的toa检测点，并将其设置为toa估计位置的初始值；

9、步骤7，初始化包络幅度累加值esum为0，从当前的toa估计位置开始，逆序搜索下一个可能的toa检测点τn，并累加计算esum：

10、步骤8，根据包络幅度累加值esum大小进行判决：

11、若esum>0，则更新toa估计位置并重复步骤7继续搜索和判断下一个可能的toa检测点；

12、若esum<0，则停止搜索，并直接将之前的toa检测点作为toa估计值；

13、步骤9，toa综合判决：

14、若步骤6没有找到toa检测点，则判定toa为0；

15、若步骤6找到第一个toa检测点，但是在步骤7没有找到其他toa检测点，则将步骤6的toa检测点判定为toa估计值；

16、其他情况采信步骤8停止搜索输出的toa检测点作为toa估计值。

17、进一步地，步骤1中，对输入的宽带ad采样数据，逐帧生成fft频谱，并按照设定频域检测门限或者基于cfar门限进行频域检测。

18、进一步地，步骤2中，窄带滤波后的帧数据表示为：

19、

20、其中，x(n),n＝0,1,2,…,n-1表示步骤1确定的脉冲前沿所在帧的原始数据，n表示帧采样信号数量，y(n)表示窄带滤波后的帧数据，滤波器h(m)以信号引导频率为中心，滤波带宽根据需要选取。

21、进一步地，步骤3中，对窄带滤波后的帧数据y(n)通过数字iq解调提取幅度包络b(n),n＝0,1,2,…,n-1。

22、进一步地，步骤4中，幅度极大值表示为：

23、bk＝max{b(n)},n＝0,1,2,…,n-1

24、其中，0≤k≤1023，表示幅度极大值所在的时间点位置。

25、进一步地，步骤5中，取幅度极大值的比例值作为toa幅度检测门限thtoa。

26、进一步地，步骤6中，设置toa估计位置的初始值如下：

27、

28、其中，

29、进一步地，步骤7中，累加计算esum表示为：

30、

31、其中，b(τn-1)<thtoa≤b(τn)。

32、本方法还提供一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行上述的基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法。

33、本发明还提供一种计算装置，包括：

34、至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够上述的基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法。

35、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

36、1、本发明通过对toa多检测点间的幅度均值计算和判决，消除了在低信噪比条件下色噪声调制导致的虚假toa检测点，提高了toa估计精度；

37、2、本发明降低了频率引导式接收机有效估计toa所需的信噪比，使其与频域检测能力更为接近，提高了接收机的整体工作能力；

38、3、本发明采用的toa估计方法，相对于简单的自适应门限方法，仅增加了时域包络幅度数据搜索匹配过程，复杂度不高，兼顾了工程应用对准确性和计算效率的要求。

技术特征：

1.一种基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法，其特征在于，步骤1中，对输入的宽带ad采样数据，逐帧生成fft频谱，并按照设定频域检测门限或者基于cfar门限进行频域检测。

3.根据权利要求1所述的基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法，其特征在于，步骤2中，窄带滤波后的帧数据表示为：

4.根据权利要求1所述的基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法，其特征在于，步骤3中，对窄带滤波后的帧数据y(n)通过数字iq解调提取幅度包络b(n),n＝0,1,2,…,n-1，n表示帧采样信号数量。

5.根据权利要求4所述的基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法，其特征在于，步骤4中，幅度极大值表示为：

6.根据权利要求1所述的基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法，其特征在于，步骤5中，取幅度极大值的比例值作为toa幅度检测门限thtoa。

7.根据权利要求6所述的基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法，其特征在于，步骤6中，设置toa估计位置的初始值如下：

8.根据权利要求7所述的基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法，其特征在于，步骤7中，累加计算esum表示为：

9.一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，其特征在于，所述计算机终端可执行指令用于执行如权利要求1-8中任一权利要求所述的基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法。

10.一种计算装置，其特征在于，包括：

技术总结本发明提供一种基于包络幅度判决的信号到达时间估计方法、介质及装置，所述方法包括：频域检测，输出信号引导频率和时域保宽信息；对脉冲前沿所在帧的原始数据进行窄带滤波；对窄带滤波后的帧数据提取幅度包络；在幅度包络中搜索幅度极大值；确定TOA幅度检测门限；依据TOA幅度检测门限，从幅度极大值时间点位置开始，逆序搜索第一个可能的TOA检测点，并将其设置为TOA估计位置的初始值；逆序搜索下一个可能的TOA检测点：根据包络幅度累加值进行判决根据前述过程进行TOA综合判决。本发明能够提高接收机在低信噪比条件下的TOA估计精度，使得TOA有效估计所需的信噪比趋近于频域检测能力，提升接收机的整体工作能力。技术研发人员：范胜召,张振华,韩锋,陈昳霏,赵俊杰,宋升金受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十九研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/29