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一种高速跳频信号的数学建模与生成方法

2022-11-28 14:07:11 来源:中国专利 TAG:


1.本发明属于基带数字信号处理技术领域,尤其涉及一种高速跳频信号的数学建模与生成方法。


背景技术:

2.频率时变信号是一种典型的非平稳信号,常见于雷达、通信等领域。现有信号发生器的内置的频率时变信号通常为线性调频、正弦调频等连续调频信号,其参数设置范围有限。当频率变化率较大且不连续,难以直接通过设置信号发生器参数生成相应的波形。为播发高速跳频信号,可利用具备数据写入功能的信号发生器,通过外设接口写入基带波形数据,进而通过射频通道发射。由于常见的信号发生器采取数字调频而非模拟调频的调制方式,在生成高速跳频信号的过程需要对中心频点、驻留时间、相位等参数进行控制,现有的公开技术往往未能在参数设置时明确上述参数之间的相互制约关系。另外,现有技术通常采用串行的方式生成具有连续相位的信号,效率较低,在无相位连续性需求的场景下,缺少高效的信号生成方式。
3.针对上述信号生成中的缺陷,需要对高速跳频信号的高效数字生成进行建模和参数设计。


技术实现要素:

4.为解决上述技术问题,本发明提出一种高速跳频信号的生成方法,通过合理的参数选取和模型简化,将信号的连续相位模型简化为非连续相位模型,该模型支持多通道并行的高效生成方式,通过低通滤波抑制相位跳变造成的频谱扩散,有效降低并行生成方式带来的信号失真。
5.为实现上述目的,本发明提供了一种高速跳频信号的数学建模与生成方法,包括:获取用于高速跳频信号生成的参数;基于所述参数生成加窗的单频数字信号;对所述加窗的单频数字信号进行延时叠加,在频域对延时叠加后的信号进行低通滤波,然后通过傅里叶变换获取所述高速跳频信号。
6.可选地,所述参数包括:信号带宽、频率变化率最小值,信号时长,跳频频率间隔,单频频点数,采样率,单频信号的驻留时间,第个单频信号的频率和载波初始相位。
7.可选地,获取用于高速跳频信号生成的参数包括:确定用于所述高速跳频信号生成的所述信号带宽、频率变化率最小值、跳频频率间隔和载波初始相位;基于所述信号带宽、频率变化率最小值和跳频频率间隔,获取所述采样率
、信号时长和单频频点数的选取约束;基于所述信号带宽、频率变化率最小值和单频频点数,获取所述单频信号的驻留时间;基于所述信号带宽、跳频频率间隔和单频信号的驻留时间,获取所述第个单频信号的频率。
8.可选地,所述采样率、信号时长和单频频点数的选取约束分别为:
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9.可选地,所述单频信号的驻留时间为:其中,若不是的整数倍,则更新;更新后的为:其中,表示向下取整,。
10.可选地,所述第个单频信号的频率的选取约束为:其中,表示对信号带宽取余,为任意正整数,。
11.可选地,所述加窗的单频数字信号为:其中,,为驻留时间内的采样点数,均为整数,为单位冲击函数,ts为采样间隔时间,t为有效采样时间,j为虚数;单位冲击函数为:

12.可选地,所述延时叠加后的信号为:。
13.可选地,所述高速跳频信号模型为:其中,为低通滤波器的频谱,,和分别表示傅立叶逆变换和傅立叶变换。
14.与现有技术相比,本发明具有如下优点和技术效果:本发明提供的高速跳频信号的数学建模与生成方法,包括:信号建模和简化、参数设置、并行生成加窗的单频信号分量、单频信号延时叠加、低通滤波;本发明提供了高速跳频信号的时间离散信号表达式和参数选取依据,通过合理的参数选取和模型简化,将信号的连续相位模型简化为非连续相位模型,该模型支持多通道并行的高效生成方式,通过低通滤波抑制相位跳变造成的频谱扩散,有效降低并行生成方式带来的信号失真。
附图说明
15.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解,本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术,并不构成对本技术的不当限定。在附图中:图1为本发明实施例的高速跳频信号生成的流程示意图;图2为本发明实施例的高速跳频信号生成的参数设置流程示意图;图3为本发明实施例的并行生成非连续相位的高速跳频信号示意图;其中,图a为局部时频图,图b为幅频响应图;图4为本发明实施例的低通滤波器作用于并行生成高速跳频信号后的幅频响应图。
具体实施方式
16.需要说明的是,在不冲突的情况下,本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
17.需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
18.如图1所示,本实施例提供了一种高速跳频信号的生成方法,包括:获取用于高速跳频信号生成的参数;基于所述参数生成加窗的单频数字信号;对所述加窗的单频数字信号进行延时叠加,在频域对延时叠加后的信号进行低通
滤波,然后通过傅里叶变换获取所述高速跳频信号。
19.进一步地,所述参数包括:信号带宽、频率变化率最小值,信号时长,跳频频率间隔,单频频点数,采样率,单频信号的驻留时间,第个单频信号的频率和载波初始相位。
20.进一步地,获取用于高速跳频信号生成的参数包括:确定用于所述高速跳频信号生成的所述信号带宽、频率变化率最小值、跳频频率间隔和载波初始相位;基于所述信号带宽、频率变化率最小值和跳频频率间隔,获取所述采样率、信号时长和单频频点数的选取约束;基于所述信号带宽、频率变化率最小值和单频频点数,获取所述单频信号的驻留时间;基于所述信号带宽、跳频频率间隔和单频信号的驻留时间,获取所述第个单频信号的频率。
21.现有技术中,连续相位高速跳频信号的离散时间域表达式为:其中,均为整数;第个单频信号的初相,为保证相位连续,由前个单频信号确定;为单位冲击函数,单位冲击函数为:为:为窗函数,借助单位阶跃函数,窗函数为:。
22.本实施例所提出的一种高速跳频信号的数学建模和生成方法,通过模型简化,将信号的连续相位模型简化为非连续相位模型。采用并行信号生成方式,第个单频信号的初相的选取不依赖于前个单频信号,令则需要对生成的信号进行低通滤波,减小相位非连续所导致频率扩散的影响。模型简化后,非连续相位高速跳频信号的数学模型表达式为:其中为时域低通滤波器,表示卷积。
23.在实际进行信号生成过程中,可根据上式的数学模型,在频域进行信号生成,见具体实施方式。
24.如图1所示,图1是本实施例所提出的一种高速跳频信号生成的详细流程框图。具体实现以下步骤:s1:参数设置;如图2所示,图2是用于高速跳频信号生成的参数设置流程框图。
25.s11:根据应用需求确定4个基本参数:信号带宽、频率变化率最小值,跳频频率间隔,载波初始相位。
[0026] s12:根据s11中的前3个基本参数,确定对采样率、信号时长、单频频点数的选取约束:进而根据应用需求确定、、的具体值。
[0027]
s13:根据、、,确定单频信号的驻留时间;若不是的整数倍,则更新;其中表示向下取整,。
[0028]
s14:根据、、,确定对第个单频信号的频率的选取约束:其中表示对带宽取余,可选取任意正整数,。进而根据应用需求确定。
[0029] s2:根据非连续相位高速跳频信号的数学模型表达式,并行生成加窗的单频信号分量;其中为驻留时间内的采样点数,均为整数,为第个单频信号,n为第n个采样点,为单位冲击函数,ts为采样间隔时间,j为虚数,t为有效采样
时间,为单位冲击函数,定义如下:s3:根据非连续相位高速跳频信号的数学模型表达式,对单频信号延时叠加;根据下式对单频信号进行延时叠加:其时频域图(局部)和幅频响应图请参见图3a和图3b。
[0030]
s4:低通滤波;根据非连续相位高速跳频信号的数学模型表达式,通过傅立叶变换在频域对延时叠加后的信号进行低通滤波,然后通过逆傅立叶变换得到所要求生成的高速跳频信号。
[0031]
其中为低通滤波器的频谱,,和分别表示傅立叶逆变换和傅立叶变换。
[0032]
其低通滤波器作用于并行生成高速跳频信号后的幅频响应图参见图4。低通滤波可以在时域进行,也可以在频域进行,在频域进行低通滤波,需要傅里叶变换,在时域进行则不需要。
[0033]
由此可见,本发明提出的一种高速跳频信号的生成方法,通过合理的参数选取和模型简化,支持多通道并行的高效生成方式,通过低通滤波抑制相位跳变造成的频谱扩散,有效降低并行生成方式带来的信号失真。
[0034]
综上,本发明提供的一种高速跳频信号的数学建模与生成方法,包括信号建模和简化、参数设置、并行生成加窗的单频信号分量、单频信号延时叠加、低通滤波。本发明提供了高速跳频信号的非连续相位模型高速跳频信号的时间离散信号表达式和参数选取依据,通过合理的参数选取和模型简化,将信号的连续相位模型简化为非连续相位模型,该模型支持多通道并行的高效生成方式,通过低通滤波抑制相位跳变造成的频谱扩散,有效降低并行生成方式带来的信号失真。以上,仅为本技术较佳的具体实施方式,但本技术的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此,本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
再多了解一些

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