一種適用於近海多聲學系統協同工作的強幹擾抑制方法

2023-06-03 02:18:51

專利名稱：一種適用於近海多聲學系統協同工作的強幹擾抑制方法
技術領域：
本發明涉及的是一種水聲工程、水聲信號與信息處理技術，特別是涉及一種適用於近海多聲學系統協同工作的強幹擾抑制方法。
背景技術：
近海水聲信道是最為複雜的信道之一，其固有的時頻空變特性和海上交通噪聲等隨機幹擾都為水聲信號處理帶來了極大困難。此時，若又面臨多聲學系統協同工作，接收到其他平臺的信號甚至可以達到限幅，那麼近海水聲信號檢測就變得難上加難。針對水聲複雜的工作環境國內外諸多學者提出了許多方法:Dhanoa J.S.([I]Dhanoa J S, Ormondroyd R F，Hughes E J.Blind cancellation of wideband frequencymodulated interference in a wideband acoustic communication channel[C].0ceans2005Conference, Washington, 2005, 9:1065-1069.)用多目標進化算法估計幹擾波形，並將其應用於抵消來自其他平臺的寬帶幹擾；Zo1-Heleni Michalopoulou ( [2]Zo1-Heleni Michalopoulou.Multiple source localization using a maximum aposteriori Gibbs sampling approach[J].Journal of the Acoustical Society ofAmerica, 2006，120 (5): 2627-2634.)將最大後驗Gibbs抽樣算法應用於多源定位，提高了強幹擾環境下的弱目標檢測能力；Maria Palmese ([3]Palmese Maria, BertolottoGiacomo,et al.Spread spectrum modulation for acoustic communication inshallow water channel[C].0CEANS2007, Europe, Junel8, 2007-June21,2007.)將線性調頻脈衝與擴頻結合，降低了都卜勒和來自其他用戶窄帶幹擾的影響；Ma Wenhan ([4]Maffenhan, Hu, Xiaoyi, et al.1mplementation of an impulse noise suppression method inOFDM underwater acoustic communication system[J].Advanced Materials Research,2011, v268-270,p: 1537-1542.)針對淺海衝擊噪聲，提出時頻聯合抑制方法，並成功應用到OFDM系統中。隨著需求的擴大，水聲系統越發複雜，圍繞著淺海、多聲學平臺協同工作中的尖刺幹擾和窄帶幹擾雖已開展了一些研究，但尚未提出公認的、有效的解決方案。

發明內容
本發明的目的是提供一種改善低信幹比條件下水聲信號檢測的性能，對尖刺幹擾和窄帶脈衝幹擾有較強的抑制作用的適用於近海多聲學系統協同工作的強幹擾抑制方法。本發明的目的是這樣實現的，主要包括如下步驟:(I)初始化基本參數，主要包括:滑動窗寬度、包絡容限係數、鑑窄係數、鑑寬係數、寬度門限、FFT點數、窄帶幹擾陷波帶寬；(2)頻域拷貝相關序列重直；(3)基於信號-噪聲能量聯合估計的相關域自適應門限計算；(4)對輸入信號和重置的頻域拷貝相關序列做相關運算並提取包絡，進行鑑寬-鑑窄-峰值聯合檢測。本發明還可以包括:所述的頻域拷貝相關序列重置是根據已知窄帶幹擾的中心頻率、脈寬等參數，估計接收端窄帶幹擾信號頻譜範圍，計算對應的譜線號，對頻域拷貝相關序列相應譜線陷波。所述的基於信號-噪聲能量聯合估計的相關域自適應門限計算包括下列步驟:(I)對接收信號取模，滑動平均後作為信號強度估計，一階遞歸後作為噪聲強度估計，以確定強度門限；(2)信號強度與強度門限比較判決，累計拷貝信號寬度窗中過強度門限的信號總能量和總點數，計算有效值，並滑動窗，得到信號有效值序列；(3)根據相關峰出現位置為信號結束時刻的特點，每一時刻的相關域門限由前面拷貝信號寬度窗內的點確定，即根據信號有效值和拷貝信號的幅度、脈寬信息估計出對應的相關域包絡峰值；(4)綜合考慮信道多途、目標運動等因素引起的信號失配，預設包絡容限係數，用相關域包絡峰值乘以包絡容限係數，作為相關域自適應門限。所述的相關域包絡鑑寬-鑑窄-峰值聯合檢測是根據幹擾和有效信號形成相關峰的差異，具體是在大於相關域自適應門限的包絡中找最大值，並通過限制峰值兩側一定區間內的最大值強度範圍來實現鑑寬、鑑窄。本發明的方法的主要特點是:(1)與傳統頻域相關相比較，本發明中頻域拷貝相關序列重置方法能夠有效抑制窄帶脈衝幹擾；(2)與常規的自適應能量門限相比較，本發明中的基於信號-噪聲能量聯合估計的相關域自適應門限，綜合考慮信道多途、目標運動等因素引起的信號失配，物理意義更明確；(3)在信號有無的雙重判決中，將幹擾信號的相關域特徵考慮在內，實現鑑寬-鑑窄-峰值聯合檢測，可有效抑制淺海環境中的尖刺幹擾。


圖1為抗強幹擾檢測方法基本流程圖；圖2(a)為拷貝信號波形圖；圖2(b)重置後頻域相關序列模的波形圖；圖3為相關域自適應門限估計方法流程圖；圖4為鑑寬-鑑窄-峰值聯合檢測流程圖；圖5為檢測效果對比示意圖:圖5(a)接收到尖刺幹擾、窄帶幹擾及有效信號的時域波形圖；圖5(b)未限波相關包絡及常用自適應門限波形圖；圖5(c)未限波相關包絡及本發明相關域自適應門限波形圖；圖5(d)限波後相關包絡及本發明相關域自適應門限波形圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述:在一定的海洋環境下，本發明提出的信號檢測基本流程圖如圖1所示。有效信號以LFM信號為例，設中心頻率f= 15kHz，帶寬B=IOkHz，脈寬T=IOms，拷貝信號幅度為A=1024，採樣率fs=100kHz，窄帶幹擾為CW信號，中心頻率fQ=15kHz，脈寬Ttl=IOms,則主要步驟為:1.初始化基本參數:(a)滑動窗寬度:W=160ms;(b)包絡容限係數，即估計的相關包絡峰值與門限的比，要平衡虛警、檢測概率，一般取8-32倍，此處選22倍；(c)鑑窄係數:α 2=0.7 ；(d)鑑寬係數:a J=0.5 ；(e)寬度門限:w=0.167ms ；(f)FFT 點數:N=2048 ;(g)窄帶幹擾陷波帶寬:C/ο -γ、)H/r' (/a +—) Hz°2.頻域拷貝相關序列重置，以備抑制窄帶幹擾。對拷貝信號做N點FFT得頻域拷貝相關序列，設其譜線η所對應的頻率為f (η)，則需序列重置的陷波譜線為所有滿足式(I)的η。
權利要求
1.一種適用於近海多聲學系統協同工作的強幹擾抑制方法，其特徵在於包括以下步驟: (1)初始化基本參數，主要包括:滑動窗寬度、包絡容限係數、鑑窄係數、鑑寬係數、寬度門限、FFT點數、窄帶幹擾陷波帶寬； (2)頻域拷貝相關序列重置； (3)基於信號-噪聲能量聯合估計的相關域自適應門限計算； (4)對輸入信號和重置的頻域拷貝相關序列做相關運算並提取包絡，進行鑑寬-鑑窄-峰值聯合檢測。
2.根據權利要求書I所述的適用於近海多聲學系統協同工作的強幹擾抑制方法，其特徵是:所述的頻域拷貝相關序列重置是根據已知窄帶幹擾的中心頻率、脈寬等參數，估計接收端窄帶幹擾信號頻譜範圍，計算對應的譜線號，對頻域拷貝相關序列相應譜線陷波。
3.根據權利要求書I所述的適用於近海多聲學系統協同工作的強幹擾抑制方法，其特徵是:所述的基於信號-噪聲能量聯合估計的相關域自適應門限計算包括下列步驟: (1)對接收信號取模，滑動平均後作為信號強度估計，一階遞歸後作為噪聲強度估計，以確定強度門限； (2)信號強度與強度門限比較判決，累計拷貝信號寬度窗中過強度門限的信號總能量和總點數，計算有效值，並滑動窗，得到信號有效值序列； (3)根據相關峰出現位置為信號結束時刻的特點，每一時刻的相關域門限由前面拷貝信號寬度窗內的點確定，即根據信號有效值和拷貝信號的幅度、脈寬信息估計出對應的相關域包絡峰值； (4)綜合考慮信道多途、目標運動等因素引起的信號失配，預設包絡容限係數，用相關域包絡峰值乘以包絡容限係數，作為相關域自適應門限。
4.根據權利要求書I所述的適用於近海多聲學系統協同工作的強幹擾抑制方法，其特徵是:所述的相關域包絡鑑寬-鑑窄-峰值聯合檢測是根據幹擾和有效信號形成相關峰的差異，具體是在大於相關域自適應門限的包絡中找最大值，並通過限制峰值兩側一定區間內的最大值強度範圍來實現鑑寬、鑑窄。
全文摘要
本發明提供的是一種適用於近海多聲學系統協同工作的強幹擾抑制方法。包括以下步驟(1)初始化基本參數，主要包括滑動窗寬度、包絡容限係數、鑑窄係數、鑑寬係數、寬度門限、FFT點數、窄帶幹擾陷波帶寬；(2)頻域拷貝相關序列重置；(3)基於信號-噪聲能量聯合估計的相關域自適應門限計算；(4)對輸入信號和重置的頻域拷貝相關序列做相關運算並提取包絡，進行鑑寬-鑑窄-峰值聯合檢測。本發明改善了低信幹比條件下水聲信號檢測的性能，對尖刺幹擾和窄帶脈衝幹擾有較強的抑制作用。
文檔編號H04L25/03GK103152299SQ20131006789
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月4日 優先權日2013年3月4日
發明者付進, 王燕, 鄒男, 梁國龍, 範展, 王逸林, 張光普 申請人:哈爾濱工程大學