基于IFFT頻譜相除法和梯度自適應格型濾波的直達波抑制方法技術

本發明專利技術提供了一種基于IFFT頻譜相除法和梯度自適應格型濾波的直達波抑制方法，包含以下步驟：(1)采用IFFT頻譜相除法對接收信號中的直達波信號進行時間延遲和幅度估計；(2)根據時間延遲和幅度估計結果，生成直達波參考信號；(3)利用直達波參考信號對接收信號進行梯度自適應格型濾波處理，完成直達波的抑制。本發明專利技術利用非合作無源探測信號的頻率特性，通過IFFT頻譜相除法和梯度自適應格型濾波算法，對接收信號進行直達波的抑制。本發明專利技術不需要單獨設計一組接收通道來接收直達波參考信號，降低了系統的復雜程度，仿真表明，本發明專利技術能夠有效地實現直達波的抑制。

【技術實現步驟摘要】
基于IFFT頻譜相除法和梯度自適應格型濾波的直達波抑制方法
本專利技術屬于非合作無源探測領域，涉及非合作無源探測中的信號處理方法，特別涉及一種基于IFFT頻譜相除法和梯度自適應格型濾波的直達波抑制方法。
技術介紹
在非合作無源探測中，常采用的電磁信號有AM/FM廣播信號、普通/數字電視信號、衛星信號、CDMA信號、GPS信號、GSM信號等。由于無源探測信號一般為連續波，直達波很強，接收信號中目標回波信號功率遠小于直達波信號，因此需要對直達波進行直達波抑制才能對目標回波信號進行相干運算、多普勒分析等處理。非合作無源探測系統一般采用相干接收技術進行信號的接收，該技術在接收系統中設置兩個接收天線，分別用于接收目標的散射回波信號和直達波參考信號。但是接收到的直達波參考信號一般有噪聲等干擾，產生失真，作為參考信號進行直達波抑制時可能達不到理想的抑制效果。通過本專利技術的抑制方法，不需要對其進行接收，生成的直達波信號不會受到噪聲、天波信號、多徑雜波等干擾成分的影響，可有效實現接收信號的直達波抑制。
技術實現思路
非合作無源探測采用兩個接收天線分別接收目標的散射回波信號和直達波參考信號時，接收到的直達波參考信號一般會受到多徑雜波、天波、噪聲等干擾，造成直達波信號失真，用于參考信號對目標進行測距、測速或定位時會產生較大的誤差。本專利技術針對非合作無源探測中存在的上述問題，給出了一種基于IFFT頻譜相除法和梯度自適應格型濾波的直達波抑制方法，其為一種新的直達波抑制方法，可以實現直達波信號的有效抑制。本專利技術解決其技術問題所采用以下技術方案：基于IFFT頻譜相除法和梯度自適應格型濾波的直達波抑制方法，包括以下具體步驟：步驟(1)、頻譜相除并進行傅里葉逆變換，估計直達波的時間延遲和幅度；由于非合作無源探測系統的接收信號中，直達波強度很高，在已知信號形式的前提下，采用IFFT頻譜相除法對其進行時間延遲和幅度估計。為了除去噪聲的影響，在頻域采用加窗函數的方法，將接收信號的傅里葉變換除以歸一化后發射信號的傅里葉變換可近似得到：其中X(f)表示接收信號的傅里葉變換；X0(f)表示歸一化后發射信號的傅里葉變換；Ad、As、Atk分別表示直達波信號、其他干擾信號、目標回波信號的幅度；td、tds、tdtk分別表示直達波信號、其他干擾信號、目標回波信號到達接收機的時間延遲；M表示目標個數；L(f)表示采用的矩形窗。然后對DIV(f)進行傅里葉逆變換，就可得到：其中DIV(f)的逆傅里葉變換為一組沖激函數，分別代表接收信號中不同成分到達接收機的時延脈沖。對逆傅里葉變換的結果進行峰值檢測，進而對接收信號中的直達波信號的時間延遲td以及幅度Ad進行估計。步驟(2)、生成參考信號；根據直達波信號的時間延遲和幅度估計結果，生成估計的直達波信號xd(t)；步驟(3)、自適應濾波處理；采用估計的直達波信號作為參考信號d(t)，對接收信號進行梯度自適應格型濾波處理，將濾波結果y(t)與參考信號d(t)相減，得到直達波抑制結果e(t)。其中，所述步驟(2)中通過估計直達波信號的時間延遲和幅度生成參考信號，而不是采用單獨的接收天線接收參考信號，具有更小的誤差。本專利技術與現有技術相比的優點在于：(1)本專利技術不需要采用單獨的接收天線接收直達波參考信號，并能實現直達波的有效抑制，提高了系統的工作性能。(2)本專利技術所采用的IFFT頻譜相除方法進行時間延遲估計時具有較高的分辨率，不同于AR、MUSIC等功率譜估計方法，可以同時對直達波信號的時間延遲和幅度進行估計，便于生成參考信號。(3)本專利技術所采用的梯度自適應格型濾波算法與歸一化最小均方(LMS)濾波算法相比，收斂更快，具有更好的干擾雜波抑制效果。附圖說明圖1為本專利技術基于IFFT頻譜相除法和梯度自適應格型濾波的直達波抑制方法的流程圖；圖2為驗證本專利技術所提出方法的有效性所采用的實測信號波形，該信號為羅蘭C導航系統的接收信號；圖3為實測信號經過頻譜相除及逆變換后所獲得的信號波形；圖4為根據直達波的時間延遲和幅度估計結果所生成的參考信號波形；圖5為實測信號經本專利技術所提出的直達波抑制算法處理后的信號波形。具體實施方式下面結合附圖以及具體實施方式進一步說明本專利技術。非合作無源探測的接收信號中，直達波信號的強度一般比目標回波信號強數十dB，所以強直達波的抑制一直是非合作無源探測的技術難點，其主要依賴于直達波信號的頻率特性以及獲取參考信號的難易程度。假設已知發射信號的信號形式，本專利技術利用IFFT頻譜相除法對直達波信號的時間延遲和幅度進行估計，并采用梯度自適應格型濾波算法對接收信號進行濾波處理，從而完成直達波的抑制。本專利技術基于IFFT頻譜相除法和梯度自適應格型濾波的直達波抑制方法，其流程圖如圖1所示，具體包含如下3步驟：1、頻譜相除并進行傅里葉逆變換，估計直達波的時間延遲和幅度；首先，對接收信號x(t)進行FFT變換得到其傅里葉變換X(f)，并將X(f)與歸一化后發射信號的傅里葉變換X0(f)進行相除，得到DIV(f)；然后對頻譜相除的結果進行加矩形窗處理，得到DIV(f)·L(f)，其中窗函數L(f)的參數與信號的頻率特性有關，本專利技術所采用的實驗信號為羅蘭C系統的接收信號，則根據信號的頻率特性，窗函數選取的頻帶寬度為50KHz，中心頻率為100KHz；最后，對頻域加窗后的信號進行IFFT處理，得到與信號時間延遲、信號幅度相關的一組脈沖函數，采用峰值檢測方法就可以得到直達波時間延遲和幅度的估計結果。2、生成參考信號；根據估計的直達波信號時間延遲τd和幅度Ad，生成估計的直達波信號xd(t)＝Adx0(t-τd)，其中x0(t)表示歸一化后的發射信號。3、自適應濾波處理；采用估計的直達波信號xd(t)作為參考信號d(t)，對接收信號進行梯度自適應格型濾波處理，將濾波結果y(t)與參考信號d(t)相減，得到直達波抑制結果e(t)。為驗證本專利技術所提出的方法的有效性，對羅蘭C導航系統的接收回波信號進行了直達波抑制處理。圖2為處理前的接收信號波形，可以看出，接收信號中存在較強的直達波，目標的回波信號都淹沒在直達波信號中。采用IFFT頻譜法對直達波的時間延遲和幅度進行估計，歸一化后的頻譜相除結果如圖3所示，可以輕松獲取直達波的時間延遲和幅度，并生成參考信號如圖4所示，最后采用梯度自適應格型濾波算法對信號進行自適應濾波處理，處理結果如圖5所示，其中直達波信號與目標回波信號功率的比值由原來的22.6dB下降為4.1dB。從最終的處理結果可以看出，對于羅蘭C導航系統的接收信號，本專利技術所提出的方法能夠有效地實現直達波抑制，使得原本淹沒在直達波信號內的幾個目標回波信號顯現出來，易于檢測、測速、測距等處理，具有較好的工作性能。本專利技術說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。盡管為說明目的公開了本專利技術的最佳實施例和附圖，但是本領域的技術人員可以理解：在不脫離本專利技術及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本專利技術不應局限于最佳實施例和附圖所公開的內容。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于IFFT頻譜相除法和梯度自適應格型濾波的直達波抑制方法，其特征在于：該方法的步驟如下：步驟(1)、頻譜相除并進行傅里葉逆變換，估計直達波的時間延遲和幅度；在已知信號形式的前提下，采用IFFT頻譜相除法對其進行時間延遲和幅度估計；為了除去噪聲的影響，在頻域采用加窗函數的方法，將接收信號的傅里葉變換除以歸一化后發射信號的傅里葉變換可近似得到：DIV(f)·L(f)=X(f)X0(f)·L(f)≈Ade-jtdf+Ase-jtdsf+Σk=1MAtke-jtdtkf---(1)]]>其中X(f)表示接收信號的傅里葉變換；X0(f)表示歸一化后發射信號的傅里葉變換；Ad、As、Atk分別表示直達波信號、其他干擾信號、目標回波信號的幅度；td、tds、tdtk分別表示直達波信號、其他干擾信號、目標回波信號到達接收機的時間延遲；M表示目標個數；L(f)表示采用的矩形窗；然后對DIV(f)進行傅里葉逆變換，就可得到：F-1[DIV(f)]=Adδ(t-td)+Asδ(t-tds)+Σk=1MAtkδ(t-tdtk)---(2)]]>其中DIV(f)的逆傅里葉變換為一組沖激函數，分別代表接收信號中不同成分到達接收機的時延脈沖；對逆傅里葉變換的結果進行峰值檢測，進而對接收信號中的直達波信號的時間延遲td以及幅度Ad進行估計。步驟(2)、生成參考信號；根據直達波信號的時間延遲和幅度估計結果，生成直達波信號xd(t)；步驟(3)、自適應濾波處理；采用估計的直達波信號作為參考信號d(t)，對接收信號進行梯度自適應格型濾波處理，將濾波結果y(t)與參考信號d(t)相減，得到直達波抑制結果e(t)。...

【技術特征摘要】
1.基于IFFT頻譜相除法和梯度自適應格型濾波的直達波抑制方法，其特征在于：該方法的步驟如下：步驟(1)、頻譜相除并進行傅里葉逆變換，估計直達波的時間延遲和幅度；在已知信號形式的前提下，采用IFFT頻譜相除法對其進行時間延遲和幅度估計；為了除去噪聲的影響，在頻域采用加窗函數的方法，將接收信號的傅里葉變換除以歸一化后發射信號的傅里葉變換可近似得到：其中X(f)表示接收信號的傅里葉變換；X0(f)表示歸一化后發射信號的傅里葉變換；Ad、As、Atk分別表示直達波信號、其他干擾信號、目標回波信號的幅度；td、tds、tdtk分別表示直達波信號、其他干擾信號、目標回波信號到達接收機的時間延遲；M表示目標個數；L(f)表示采用的矩形窗；然后對DIV(f)進行傅里葉逆變換，就可得到：

【專利技術屬性】
技術研發人員：王文光，石家寧，陳江濤，季彧，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：北京;11