阅读说明：本技术 一种高精度测量lfm载频的方法 (Method for measuring LFM carrier frequency with high precision ) 是由 庞守宝 王涛 朱剑平 于 2020-12-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高精度测量LFM载频的方法,包括：步骤1：测频机接收射频信号；步骤2：在模拟域根据测频机接收信号的结果引导微波本振,将被测信号下变频到低中频段；步骤3：进行AD数字采样；步骤4：在AD采样后,采用窗函数对时域信号进行加权处理,实现信号的选通截断；步骤5：对被测试信号进行相位差分计算；步骤6：进行相位平滑处理；步骤7：低中频测量值选择；步骤8：计算被测LFM信号的载频。本发明对采样信号进行时域窗限制和相位平滑处理,并且对载频中心值的计算方法做了进一步的简化,能够有效提高LFM信号载频测量的精度,并且采用本申请的技术方案测得的载频信号的分辨率远优于基于傅里叶变换的载频测量方法的分辨率。(The invention provides a method for measuring LFM carrier frequency with high precision, which comprises the following steps: step 1: the frequency measuring machine receives a radio frequency signal; step 2: guiding a microwave local oscillator in an analog domain according to a signal receiving result of a frequency measuring machine, and carrying out down-conversion on a measured signal to a low-middle frequency band; and step 3: carrying out AD digital sampling; and 4, step 4: after AD sampling, weighting processing is carried out on the time domain signal by adopting a window function, and gating truncation of the signal is realized; and 5: carrying out phase difference calculation on the tested signal; step 6: carrying out phase smoothing treatment; and 7: selecting a low intermediate frequency measurement value; and 8: and calculating the carrier frequency of the tested LFM signal. The invention carries out time domain window limitation and phase smoothing processing on the sampling signal, further simplifies the calculation method of the carrier frequency center value, can effectively improve the accuracy of LFM signal carrier frequency measurement, and the resolution of the carrier frequency signal measured by adopting the technical scheme of the invention is far superior to that of the carrier frequency measurement method based on Fourier transform.)

一种高精度测量LFM载频的方法

技术领域

本发明涉及雷达信号处理领域，尤其涉及一种LFM信号载频的高精度测量技术。

背景技术

随着现代电子战争的发展，电子对抗在现代战争中的地位日益凸显，电子对抗是敌对双方利用电磁波频率范围内的信号和武器设备，争取战争胜利的对抗活动，敌对双方利用电磁频谱的主要手段为接收和发射电磁波，对应的形成了电子对抗措施的两个主要方面：电子侦察和电子干扰。

随着现代电子战争的升级，现代电子战中的高密集、宽频带、复杂信号样式的辐射源信号侦测使得电子侦察日趋成为现代电子战争中取得胜利的关键所在。电子侦查主要对空间非合作的辐射电磁信号进行接收、侦查、分选和识别，对具备威胁和潜在威胁的信号进行上报，由干扰总控根据不同的策略和战场时机的选择，释放指定干扰信号。电子侦察是电子对抗的眼睛，是电子干扰的前提和基础，也是信号分选、识别、威胁程度判别和作战态势判别的夯石。

电子侦查的主要目的是测量空间辐射源信号的PDW(PulseDescriptionWord，脉冲描述字)，PDW主要包括到达载频、角度、到达时间、脉冲宽度、脉冲功率和脉内调制特性。载频参数是PDW的重要参数，是判断雷达威力和威胁程度的重要标志，同时也是信号源分选和识别的重要依据，因此精确的载频参数测量尤为重要。雷达信号的形式由最初的单脉冲、简单连续波等演变为LFM(Linearfrequencymodulation线性调频)、频率截变、伪随机调频等复杂信号。LFM能获取距离向的高分辨，是搜索、跟踪、成像等多体制雷达的主要发射信号形式。LFM信号具有时宽长、带宽大的特点，实际硬件设备采集的信号因硬件设备本身的非线性导致接收信号幅相畸变，载频导测量误差较大，影响辐射源的种类判断和部分干扰(主要指欺骗干扰)信号的调制。

现有技术中存在两种测频方法，一种是基于相位差分的载频测量方法，其原理框图如图1所示，该技术的核心在于相位差分后计算低中频的带内频率最大值和最小值，并由此计算中值，最后和微波下变频的本振值相加作为载频测量结果。根据图1所示，基于相位差分的瞬时测频方法的载频测量实现步骤为：步骤1：首先在模拟域根据测频机(粗测频)的结果引导微波本振，将被测信号下变频到低中频段；步骤2：AD采样后，在数字域求取复信号的相位，并根据不同的差分方式(前向有限差分、后向有限差分或者中心有限差分)获取被测信号的相位差分结果；步骤3：因频率为相位的微分，因此根据相位差分可估计出被测信号在信号带内的整个频率；步骤4：求取频率的最大值和最小值，因LFM信号在带内频率是线性变化，因此最大值和最小值的平均值为被测低中频信号的估计值；步骤5：将估计的低中频信号中心值与下变频本振值相加即为LFM信号的测试结果。基于相位差分的载频测量方法利用直接利用相位差分的方式计算整个频带内的信号频率，方法简捷，缺点是实际采集数据因采集硬件等原因导致信号存在幅相畸变，无法准确的测量LFM信号的频率最大值和最小值，存在一定的计算误差。

另一种载频测量方法是基于傅里叶变换的载频测量方法，其原理框图如图2所示。该方法的核心在于首先将低中频信号变到频域，在频域内搜寻带内频谱的3dB下降点位置，根据3dB位置计算低中频频率最大值和最小值，并由此计算低中频估计值，最后和微波下变频的本振值相加作为载频测量结果。根据图2可知，基于傅里叶变换的测量方法的载频测量步骤如下：步骤1：首先在模拟域根据测频机(粗测频)的结果引导微波本振，将被测信号下变频到低中频段；步骤2：AD采样后，将低中频信号利用快速傅里叶变换到频域，根据估计的带内信号功率值，寻找下降3dB的两侧频率点位置；步骤3：求取频率的最大值和最小值，由于LFM信号在带内频率是线性变化的，因此最大值和最小值的平均值为被测低中频信号的估计值；步骤4：将估计的低中频信号中心值与下变频本振值相加即为LFM信号的测试结果。相对于基于相位差分的瞬时测频方法，基于傅里叶变换的载频测量方法将低中频信号变换到频域，对信噪比积累有一定的提升，但是频域的频率分辨力相对技术一有所下降，此外，实际采集数据因采集硬件等原因导致信号在频域带内功率起伏较大且不对称，难以捕获3dB下降点的位置，并且实际的测量精度较差。

发明内容

针对实际采集LFM信号时域存在幅相畸变、频域存在带内起伏较大，造成LFM信号载频测量误差较大的问题，本发明提出一种高精度测量LFM载频的方法，包括：

步骤1：测频机接收射频信号，测频机侦查接收的射频信号表达式为：y(t)＝x(t)+n(t)；其中，n(t)为噪声信号，x(t)为被测试辐射源信号，可表示为：

其中，A(t)为接收信号幅度，f_c为待测试信号载频，K_r为LFM信号调频斜率，t为发射信号时间，为信号的时变相位，在不考虑噪声的情况下为常值。

步骤2：在模拟域根据测频机接收信号的结果引导微波本振，将被测信号下变频到低中频段；假设下变频本振为f_c-f_I，经模拟下变频处理，待测信号表示为： 其中，f_I为待测试信号中频。此时，待测试信号的相位表示为：

步骤3：对上一步处理的信号进行AD数字采样，其中，AD采样率为f_s；

步骤4：在AD采样后，首先采用窗函数对时域信号进行加权处理，实现信号的选通截断；经AD数字采样后，待测试信号的相位表示为：

步骤5：采用经典的相位差分算法对被测试信号进行相位差分计算；所述经典的相位差分算法包括：前向有限差分、后向有限差分以及中心有限差分。

其中，利用前向有限差分的方式获得相位差分为：

ΔΞ(n)＝{[Ξ(n+1)-Ξ(n)]}f_s/(2π)

步骤6：对被测试信号进行相位平滑处理；由于实际采集信号的相位存在污染，因此需要进行平滑滤波处理，具体的，对相位差分的结果按照多点平滑取均值的方式对其进行平滑滤波，由于实采信号信噪比不高，导致信号相位信噪比较差，因此，通过多点平滑的方式进行滤波处理能有效提升信噪比。此时，被测信号的相位差分为：

步骤7：低中频测量值选择；由于LFM信号在带内频率是线性变化的，因此选择时域窗中心像素对应的频率值为低中频测量值，所述低中频测量值为：

步骤8：计算被测LFM信号的载频，被测LFM信号的载频为f_c-f_I+f_Ic；以上式中算子为四舍五入取整操作。

LFM信号在有效窗内单位采样点的频率变化量即为LFM信号的频率分辨率，解析表达式可表征为：ρ_B＝K_r/f_s。

本发明的技术方案在基于相位差分的载频测量方法的基础之上，对采样信号进行时域窗限制和相位平滑处理，并且对载频中心值的计算方法做了进一步的简化，能够有效提高LFM信号载频测量的精度，并且本申请测得的载频信号的分辨率远优于基于傅里叶变换的载频测量方法的分辨率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于相位差分的载频测量原理框图；

图2为基于傅里叶变换的载频测量原理框图；

图3为本申请高精度测量LFM载频的原理框图；

图4为被测低中频信号的时域波形；

图5为被测信号的前向有限差分相位分析结果；

图6为被测低中频信号的频域波形；

图7为被测信号采集窗；

图8为滤波后的差分相位；

图9为不同频率的测试结果。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

被测试设备LFM信号的具体参数如表1所示，AD采样率为100MHz，频率引导频率为250MHz，AD采样后的时域波形如图4所示，从图4中可以看出，信号的包络存在一定程度的畸变。

表1被测设备LFM信号参数

对被测信号进行前向有限差分，其结果如图5所示，从图5中可以明显看出，由于噪声的存在，差分相位存在明显的起伏，这将降低载频信号测量结果的测量精度。

信号的频域波形如图6所示，显然，带内起伏较大，频带的左右峰值点不对称，理论的3dB采样点位置应该为40966点和122885点，实际估计的3dB采样点位置大约为40960点和122844点，与理论值相差大约47个采样点，频率相差大约28.687kHz，测频精度误差较大。

对AD采样后，对信号的时域波形设定幅度门限，建立信号的起始终止窗函数，如图7所示，窗函数外的信号幅度置零。

对图5中的差分相位进行平滑滤波处理，具体滤波的方式采用1000点临近值取平均的方式。进行平滑滤波处理的结果如图8所示，此时，经滤波平滑后，相位的区分度得到明显的提升。

最后，中心值测试结果(包含引导频率)为249998011.89Hz，测频误差为-1988.11Hz，测频分辨率为4166.4Hz。

表2为不同频点的多次测量结果和测频精度对比，结果显示，利用时域加窗、相位差分并进行平滑滤波处理的方式所测得的载频误差可控制在测频精度之内。

表2不同频点的测量结果

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。